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Solarthermie
Vakuumröhren-Kollektoren effizienter produzieren
Solarkollektoren mit Vakuumröhren arbeiten sehr effizient, sind aber bisher aufwändig herzustellen. Auch dank des Forschungsprojektes HYDRA RoS kann die Firma Ritter sie mittlerweile doppelt so schnell produzieren wie bisher. Ende 2024 sollen die ersten Modelle auf den Markt kommen.
Entscheidend waren bislang die Sammelrohre. Deren Aufgabe ist es, die Wärmeträgerflüssigkeit so auf alle Mäander in den Kollektoren zu verteilen, dass diese gleichmäßig durchströmt werden (Abb.1). Passiert dies nicht exakt, etwa wegen unterschiedlich großer Öffnungen an den T-Stück-Abgängen, kommt es zu ungleichmäßiger Durchströmung der Mäander und die Effizienz der Anlage sinkt. Wegen ihrer Ähnlichkeit mit dem gleichnamigen Instrument nennen Expertinnen und Experten die aus der Parallelschaltung mehrerer Mäander resultierende Rohranordnung „Harfe“.
Das Problem beim Harfenkonzept: Dessen Umsetzung ist zeit- und kostenaufwendig. So müssen Produktionsmitarbeiter alleine für die Anbindung der Mäander an die Sammelrohre 18 verschiedene Stellen einzeln löten. Vor und nach dem Flammlöten mit fossilem Gas müssen die Rohre gereinigt werden. Die Harfenproduktion ist von der eigentlichen Kollektorherstellung getrennt, was eine Zwischenlagerung und damit zusätzliche Ressourcen erfordert.
Abb.2: Induktiver Lötprozess: Rohrbündel und Trommelanschluss werden miteinander verbunden.
Abb.1: Die Sammelrohre verlaufen oben quer zu den Vakuumröhren.
Mit dem im BMWK-geförderten Vorhaben HYDRA RoS entwickelten „Trommelanschluss-Konzept“ wird sich das zukünftig ändern und die Produktionszeit wird sich verkürzen.
Neues Biegeverfahren ersetzt aufwändige Lötungen
Im Trommelanschluss-Konzept sind alle Mäander in einem Rohrbündel zusammengeführt und mit einem Trommelanschluss verbunden (Abb.2). Der Vorteil: Es sind keine Sammelrohre erforderlich und lediglich die zwei Anschlussstellen an den Kollektor werden induktiv, also mit Elektroenergie, gelötet. Möglich macht dies ein neues Biege- und Fügeverfahren, das die Firma Ritter gemeinsam mit der Technischen Universität Dresden (TU Dresden) entwickelt hat. „Bei diesem Verfahren geht es darum, das Rohr im richtigen Moment zu strecken, außen und innen zu stauchen, sodass es weder außen Risse noch innen Falten bekommt, nicht einknickt und sich der Querschnitt nicht ändert“, so Weidemann. Die Mäander ordnen sich während des Produktionsprozesses so an, dass das Rohrbündel aus den Mäanderenden im Anschluss vollautomatisch an den Trommelanschluss gefügt werden kann.
Abb.3: Hier sieht man die automatisierte Biegeanlage mit zugehöriger Fügetechnik.
Abb.4: Die neuen Rohrregister ohne Sammelrohre
Weniger Verrohrung spart Kosten
Durch dieses neue Verfahren reduziert sich der Druckverlust in den Kollektoren. Die Handwerker können bei der Installation eine größere Anzahl an Kollektoren als bisher in einer Reihe montieren und miteinander „verschalten“. Die erforderliche Druckautorität der Kollektoren für die gleichmäßige Verteilung der Wärmeträgerflüssigkeit in komplexen Kollektorfeldern bleibt erhalten. Die optimale Strömungsgeometrie wurde dabei ebenfalls mit Unterstützung der TU Dresden im Versuch nachgewiesen.
Markteinführung für Ende 2024 geplant
Aktuell baut die Firma Ritter erste Feldanlagen mit 3.000 beziehungsweise 12.000 Quadratmeter Kollektorfläche mit dem neuen Herstellungsverfahren (Abb.3). Ziel ist es, so bald wie möglich in die Serienfertigung zu gehen. Für Ende 2024 ist die Markteinführung der ersten Röhrenkollektoren ohne Sammelrohre (Abb.4) geplant. Die Projektpartner stellen das Projekt HYDRA RoS auf dem Symposium Solarthermie und Innovative Wärmesysteme vom 14. bis 16. Mai 2024 in Bad Staffelstein vor. (bs)