Neues Material für Sonnenkollektoren

Solarkollektoren; Foto: shutterstock

Beim Bau von Sonnenkollektoren kommen heute fast überwiegend Metalle und Glas zum Einsatz. Das könnte sich schon bald ändern, denn das Rapperswiler Institut für Solartechnik SPF in der Schweiz, arbeitet an einer Entwicklung, in der Polymere beim Kollektorenbau zum Einsatz kommen.

Kernproblem bei der Herstellung solarthermischer Systemen sind vielfach die hohen Produktionskosten. Die Einheiten werden auf wenig automatisierten Fabrikationswegen hergestellt, zudem kommen teure Materialien wie etwa Absorber aus Kupfer- oder Aluminiumblech und Kupferrohre zum Einsatz. Sie haben sich als Werkstoff nicht zuletzt wegen ihrer guten Wärmeleitfähigkeit behauptet, sind aber zugleich auch relativ kostspielig. Dieser Problematik hat sich ein innovatives Forscherteam des Instituts für Solartechnik SPF angenommen und sucht nach Lösungen, die Produktionskosten sowohl in Materialwahl, als auch Herstellung zu optimieren. Kunststoffe bilden in diesem Zusammenhang eine vielversprechende Option, bergen aber auch gewisse Probleme, nicht nur hinsichtlich der unterschiedlichen Preise.

Kunststoffe im Einsatz bei der Kollektorfertigung sind nicht zwangsläufig günstiger als die herkömmlichen Materialien. Das Hauptaugenmerk bei der Verwendung von Polymeren in der Solarkollektorenproduktion liegt vielmehr in den nötigen Anforderungen. So ist eine Temperaturbeständigkeit das Kriterium der ersten Wahl. Im Normalbetrieb liegt die Temperatur im Absorber eines Kollektors bei rund 100 Grad, schaltete die Anlage ab, können die Temperaturen schnell auf 150 Grad und mehr ansteigen – eine extreme thermische Belastung für den Absorber aus Kunststoff. Prinzipiell kommen für diese Anforderungen nur zwei Polymerklassen in Frage, die beide ihre ganz eigenen Probleme mitbringen. Teure Hochleistungs-Polymere, die zwar temperaturbeständig sind, aber gegenüber Kupfer und Co. den Preisvorteil verlieren und kostengünstige Kunststoffe, die wiederum durch den Einsatz spezieller Technik vor Überhitzung geschützt werden müssen.

Ein thermotropes Polymer könnte hier die erwünschte Lösung bringen. Allerdings wurden beim Prototyp des SPF, durch den Anstieg der Temperatur, gleichzeitig eine zunehmende Streuung der einfallenden Sonnenstrahlen beobachtet, was zu einer nicht zufriedenstellenden Absorbierung der Solarstrahlen führte. Ein wesentlich positiverer Aspekt bei der Verwendung von Kunststoffen in der Kollektorenproduktion ist hingegen die flexible Herstellung durch einen hohen Automatisierungsgrad. Vielversprechend ist in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, durch ein spezielles Extrusionsverfahren den kompletten Kollektor endlos zu produzieren. Die Kollektoren können so mit hoher Flexibilität auf jede gewünschte Länge geschnitten werden und sind von der im Bauwesen typischen Breite von 62,5 Zentimetern gänzlich unabhängig.

Judith Schomaker

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