Betrachtungen zum Nutzwärmestrompfad von solarthermischen Kollektoren mit Wärmerohren
Steffen Jack
Die Verwendung von Wärmerohren (engl. heat pipes) in Kollektoren bietet gegenüber direkt durchströmten Kollektoren den Vorteil einer einfacheren hydraulischen Verschaltung des Solarkreises bei gleichzeitiger Minderung der Anlagenbelastung im Stagnationsfall. Die Optimierungspotentiale der Technologie und damit die möglichen Vorteile sind allerdings noch nicht ausgeschöpft bzw. zum Teil nicht bekannt. Die Entwicklungen von Bewertungsverfahren für Wärmerohre und Sammler – als Komponenten des Nutzwärmestrompfades – sind Schwerpunkte dieser Arbeit. Diese führen zu einem vertieften Verständnis der Wärmetransporteigenschaften der Komponenten sowie deren Einflüsse auf das Gesamtverhalten eines Sonnenkollektors. Zur messtechnischen Bewertung von Wärmerohren und Sammlern sind neue Prüfstände entwickelt worden. Des Weiteren wird ein Berechnungsverfahren zur Ermittlung des thermischen Leitwerts von Gravitationswärmerohren vorgeschlagen, welches auf hier angepassten empirischen Korrelationsgleichungen der Wärmeübergänge im Wärmerohr beruht. Zusätzlich wird eine neue Berechnungsvorschrift bzgl. der Austrocknungsgrenze von Gravitationswärmerohren hergeleitet. Die neu entwickelten Modelle werden angewendet, um den Wärmetransport in Wärmerohren zu analysieren und zu optimieren. Des Weiteren werden neuartige Wärmerohrlösungen für Flachkollektoren ausgelegt. Durch Umsetzung und Vermessung von mehreren Flachkollektorprototypen wird die grundsätzliche Machbarkeit der Integration von Wärmerohren in Flachkollektoren aufgezeigt. Die Kollektorprototypen weisen eine eigensichere Temperaturbegrenzung bei Stagnation auf max. 140°C am Sammler und damit im Solarkreisfluid auf.
