@techreport{ReiterTrinklZoerner2011, author = {Reiter, Christoph and Trinkl, Christoph and Z{\"o}rner, Wilfried}, title = {Kunststoffe in solarthermischen Kollektoren - Anforderungsdefinition, Konzeptentwicklung und Machbarkeitsbewertung}, subtitle = {Abschlussbericht im Forschungsvorhaben Solarthermie2000plus}, pages = {140}, year = {2011}, abstract = {Die Hersteller von Solarw{\"a}rmeanlagen bem{\"u}hen sich stetig um die Senkung der Herstellkosten, vor allem des Solarkollektors, des weithin sichtbaren „Herzst{\"u}cks" jeder Solarw{\"a}rmeanlage. Massiv steigende Weltmarktpreise f{\"u}r die haupts{\"a}chlich eingesetzten Werkstoffe Aluminium und Kupfer laufen den Bem{\"u}hungen nach weiteren Kostensenkungen in der Kollektorfertigung aber leider entgegen. Der Einsatz von alternativen Werkstoffen, wie etwa Kunststoffen, f{\"u}r Solarkollektoren wird daher als vielversprechend angesehen. Die Verwendung von Kunststoffen im Solarkollektorbau kann dabei gleich mehrere Vorz{\"u}ge bieten. Neben der Einsparung von kostspieligem Kupfer und/oder Aluminium sind mit den polymeren Materialien durch eine m{\"o}gliche Gewichtsreduzierung gleichzeitig auch Vorteile bei der Montage verbunden. Durch Nutzung moderner Fertigungstechnologien von Kunststoffformteilen kann zudem die Kollektorfertigung automatisiert und damit die Kosten weiter gesenkt werden. Allerdings sind mit dem Einsatz von Kunststoffen bei den thermisch oft hoch belasteten Solarkollektoren auch technologische Herausforderungen verbunden. So stellen beispielsweise die begrenzte Temperatur-, Druck-, UV- und Langzeitbest{\"a}ndigkeit sowie die gegen{\"u}ber Kupfer schlechtere W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit kosteng{\"u}nstiger Kunststoffe hohe H{\"u}rden f{\"u}r deren Einsatz in Solarkollektoren dar. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden zun{\"a}chst die auftretenden Temperaturlasten an den Kollektorbauteilen im Feldtest im Detail erfasst und in Jahreshistogrammen analysiert. Dabei erreicht der im System eingebundene Absorber Temperaturen von bis zu 192°C. Ein dauerhaft stagnierender Referenzabsorber erreicht 208°C und verweilt {\"u}ber 1.100 Stunden im Jahr auf einem Temperaturniveau von mehr als 95°C. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit einer Reduktion oder im besten Fall einer aktiven Kontrolle der auftretenden Temperaturbelastungen an einigen Bauteilen, wie etwa dem Absorber. Desweiteren wird aber auch deutlich, dass f{\"u}r s{\"a}mtliche Geh{\"a}usebauteile die Temperaturbelastung nicht die zentrale H{\"u}rde f{\"u}r den Kunststoffeinsatz darstellt. Zusammenfassend zeigt sich in den Messungen, dass im Hinblick auf Werkstoffspezifikationen eine sehr diversifizierte Betrachtung der Temperaturverl{\"a}ufe auf Bauteilebene erforderlich ist, anstelle der Angabe einer einheitlichen Maximaltemperatur f{\"u}r den gesamten Kollektor. Anschließend wurden sowohl verf{\"u}gbare als auch potenzielle {\"U}berhitzungsschutzmaßnahmen f{\"u}r solarthermische Kollektoren erfasst und hinsichtlich ihrer Wirkmechanismen systematisiert. Ausgew{\"a}hlte Maßnahmen wurden in einer Simulation unter Nutzung eines speziell entwickelten, dynamischen Kollektormodells auf ihr Einsatzpotenzial hin untersucht. Es zeigt sich. dass eine nennenswerte Reduktion der thermischen Belastung an den Kollektorbauteilen u.a. ohne Einbuße des Anlagenertrages mit verschiedenen Maßnahmen prinzipiell durchaus erreichbar ist und vor allem perspektivisch erreicht werden kann. Das bedeutet, es werden L{\"o}sungswege aufgezeigt um den Einsatz neuer Werkstoffe wie etwa kosteng{\"u}nstiger Massenkunststoffe sogar am Absorber, also dem aus Sicht der Temperaturbelastung kritischsten Bauteil, realisieren zu k{\"o}nnen. Die dargestellten Simulationsergebnisse zeigen dar{\"u}ber hinaus einerseits die Zielparameter f{\"u}r die zweifelsfrei noch erforderliche Entwicklung, andererseits aber auch das Anwendungspotenzial einzelner L{\"o}sungen wie etwa den thermochromen Schichten auf, das in der Zukunft in jedem Fall zu heben ist. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden Konzepte f{\"u}r Kunststoffkollektoren unter Nutzung ad{\"a}quater Fertigungsverfahren entwickelt, um die Umsetzungs- und Gestaltungsm{\"o}glichkeiten aufzuzeigen. Abschließend wurden diese Konzepte hinsichtlich der Herstellkosten mit Standard-Flachkollektoren verglichen, wobei Kunststoffkollektoren neben den Vorteilen bei der Montage und Installation ein Kostensenkungspotenzial von bis zu 50\% Prozent aufweisen k{\"o}nnen.}, language = {de} } @article{ReiterTrinklZoerneretal.2015, author = {Reiter, Christoph and Trinkl, Christoph and Z{\"o}rner, Wilfried and Hanby, Victor Ian}, title = {A Dynamic Multinode Model for Component-Oriented Thermal Analysis of Flat-Plate Solar Collectors}, volume = {2015}, pages = {280694}, journal = {Journal of Solar Energy}, publisher = {Hindawi Publ.}, address = {New York; Cairo}, issn = {2314-6230}, doi = {http://dx.doi.org/10.1155/2015/280694}, year = {2015}, abstract = {A mathematical model of a flat-plate solar collector was developed on the basis of the physical principles of optics and heat transfer in order to determine collector's component temperatures as well as collector efficiency. In contrast to many available models, the targeted use of this dynamic model is the detailed, theoretical investigation of the thermal behaviour of newly developed or adjusted collector designs on component level, for example, absorber, casing, or transparent cover. The defined model is based on a multinode network (absorber, fluid, glazing, and backside insulation) containing the relevant physical equations to transfer the energy. The heat transfer network covers heat conduction, convection, and radiation. Furthermore, the collector optics is defined for the plane glazing and the absorber surface and also considers interactions between them. The model enables the variation of physical properties considering the geometric parameters and materials. Finally, the model was validated using measurement data and existing efficiency curve models. Both comparisons proved high accuracy of the developed model with deviation of up to 3\% in collector efficiency and 1 K in component temperatures.}, language = {en} } @article{ReiterBrandmayrTrinkletal.2014, author = {Reiter, Christoph and Brandmayr, Sebastian and Trinkl, Christoph and Z{\"o}rner, Wilfried and Hanby, Victor Ian}, title = {Performance Optimisation of Polymeric Collectors by Means of Dynamic Simulation and Sensitivity Analysis}, volume = {2014}, journal = {Energy Procedia}, number = {48}, publisher = {Elsevier}, address = {Amsterdam}, issn = {1876-6102}, doi = {https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.02.023}, pages = {181 -- 191}, year = {2014}, abstract = {A dynamic flat-plate collector model for parametric sensitivity studies on polymer-based collector designs was developed. Validation using experimental results of conventional flat-plate collectors showed satisfying results especially regarding the calculation of individual part temperatures of a collector. The model was used to predict system efficiency as well as individual part temperatures in order to analyse a polymeric collector approach in comparison to a conventional collector. The simulation results showed that the fractional energy savings of systems with conventional flat-plate collectors cannot be reached with the analysed polymeric collector approach. Also the stagnation temperatures of more efficient approaches are too high for low-cost polymeric materials. The exemplary analysis of annual temperature loads of the backside insulation for different approaches proved the necessity of careful collector design aiming at temperature reduction for all individual collector parts.}, language = {en} }