Prüfstand für thermische Solarkollektoren

Mechanische Belastungstests am Fraunhofer-ISE

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (www.ise.fraunhofer.de) nahm Ende November 2012 offiziell einen neuen Prüfstand für solarthermische Kollektoren in Betrieb. Ziel der Wissenschaftler ist es unter extremen klimatischen Bedingungen mechanische Lasten, z. B. Windeinwirkung oder Schneelasten, zu simulieren und deren Auswirkungen auf die Kollektoren auszuwerten. Das Fraunhofer ISE hat dazu gemeinsam mit der PSE AG aus Freiburg diesen speziellen, in eine Klimakammer integrierten, Lastprüfstand entwickelt. Die Prüfergebnisse sollen in neue Prüfverfahren einfließen und langfristig zur Verbesserung der Qualitäts- und Sicherheitsstandards von solarthermischen Kollektoren beitragen. Durch die neu geschaffenen experimentellen Möglichkeiten können neue Materialien, Materialeinsparungen und Optimierungen realitätsnah bewertet werden, um Kosteneinsparungen an Kollektoren sowie Montageelementen zu realisieren.

Mit dem Prüfstand ist das Fraunhofer ISE in der Lage komplexe Fragestellungen zur mechanischen Stabilität von solarthermischen Kollektoren einschließlich deren Montagesysteme für Dach- und Fassadenanwendungen zu klären. Neben der Größe der zu prüfenden Kollektoren von bis zu maximal neun Quadratmetern und einer Belastung von bis zu sieben Tonnen Druck und Zug ist eine weitere Besonderheit, dass die Lastprüfungen bei extremen Temperaturen von -40 °C bis +60 °C durchgeführt werden. Außerdem ist es möglich, zyklische sowie asymmetrische Belastungen, z. B. im Winter unterschiedlich starke Schneeanhäufungen auf der Kollektorfläche, zu simulieren wie sie auch real durch das Aufstauen von Schnee und Eis entstehen. "Wir sehen ein großes Potential in der neuen Anlage", so Korbinian Kramer, Leiter der Gruppe Prüfzentrum und Qualitätssicherung am Fraunhofer ISE. "Der neue Prüfstand ermöglicht eine erweiterte Untersuchung der Verbindungstechniken und Montagesysteme der Kollektoren bei unterschiedlichen Temperaturen und realistischen Lastfällen. Dies ist ein wesentlicher Fortschritt gegenüber den etablierten Prüfverfahren, in denen die Lasten lediglich senkrecht und bei Raumtemperatur aufgebracht werden."

Im Rahmen der gemeinsamen Entwicklung und der Herstellung des neuartigen Prüfstands durch die PSE AG waren viele Herausforderungen zu lösen. "Die Anforderungen waren sehr komplex wie beispielsweise die hohe Flexibilität im Bezug auf die möglichen Lastfälle, bei gleichzeitig sehr hohen mechanischen Lasten. Wir haben viel technische Raffinesse eingesetzt um alle für die Belastungsprüfungen erforderlichen Freiheitsgrade umzusetzen", so Frank Luginsland, Abteilungsleiter Technologie bei der PSE AG.

Auf Basis einer detaillierten Analyse der Lasten entwickeln die Wissenschaftler des Fraunhofer ISE eine allgemein anwendbare Prüfmethode für die verschiedenen Kollektorbauarten, Kompaktsysteme und Montagearten bei unterschiedlichen klimatischen Gegebenheiten. Dies führt mittelfristig zur Weiterentwicklung und Verbesserung von solarthermischen Komponenten. Für Hersteller bietet sich die Möglichkeit die neuen Prüfmethoden zu nutzen, um mit geringem Aufwand Sicherheit und Qualität ihrer Produkte nachzuweisen. Zudem lassen sich durch derartige Prüfungen auch Materialeinsparungen und Optimierungen erzielen, die zur Senkung der Kosten bei der Installation von großen Solaranlagen führen. Die Arbeiten und der Prüfstand werden durch das Projekt "MechTest" vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördert.

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