10. Mär 2016

Abbildung 1: Mobiles PV-Testlabor am SPF Institut für Solartechnik. ©Bild: SPF

Abbildung 2: Badezimmer-Vorwandeinheit mit integriertem Wärmespeicher ©Bild: Swissframe AG.

Abbildung 3: Solare Prozesswärmeanlage in Seignelégier. ©Bild: SPF

Abbildung 4: Bidirektionale Reflexion verschiedener Gläser. ©Bild: SPF

SPF Industrietag: Die neusten Forschungsnews über Solartechnik für Wärme und Strom

(SPF) Am 2. März 2016 hat das SPF Institut für Solartechnik der Hochschule für Technik HSR wieder seinen traditionellen Industrietag durchgeführt. Eingeladen waren Firmen, Planer und Installateure aus den Bereichen Solarwärme und Photovoltaik.


Die Veranstaltung begann mit einleitenden Präsentationen des Prorektors der HSR Prof. Alex Simeon, des SPF-Institutsleiters Prof. Matthias Rommel, und Andreas Eckmanns, der als Bereichsleiter des Bundesamtes für Energie auch das Forschungsprogramm Solarwärme und Wärmespeicher betreut. Matthias Rommel wies unter anderem darauf hin, dass die Schweiz einen Anteil von erneuerbaren Energien im Primärenergieverbrauch von 20-30 % hat und damit zwar vor Deutschland, jedoch hinter Österreich liegt. Das SPF als Kompetenzstelle für angewandte Solartechnik bietet Hand für Forschung und Entwicklung, welche mit Hilfe von Solarwärme, Photovoltaik oder Energieeffizienzmassnahmen die Energiewende unterstützen und den CO2-Ausstoss verringern. So vielfältig wie die Forschungsbereiche des SPF präsentierten sich auch die Vorträge während des Industrietags.

Mobiles PV-Testlabor und PVT-Prüfungen
Evelyn Bamberger und Christof Biba erläuterten das neu am SPF verfügbare mobile PV-Testlabor. Mit dem mobilen Prüfstand können sowohl kristalline als auch Dünnfilm-Photovoltaikmodule direkt vor Ort umfassend getestet werden (Abbildung 1). Mit Hilfe von Kennlinien-, Elektrolumineszenz-, Infrarot- und Hochspannungsprüfungen können auch verdeckte Mängel aufgespürt werden. So können Schwachpunkte und Risiken aufgedeckt werden, bevor Module ausfallen oder die Sicherheit gefährdet wird.

Mittels Kennlinienmessung wird die aktuelle Leistung der Module bei Standard-Testbedingungen, sowie bei unterschiedlichen Einstrahlungsstärken bestimmt. Unregelmässigkeiten in der Kennlinie werden so erkannt. Hochauflösende Elektrolumineszenzaufnahmen machen inaktive Bereiche und Microcracks auf den Zellen im Modul für das menschliche Auge sichtbar. Die integrierte Wärmebildkamera ermöglicht die Erkennung von Diodenfehlern und Hotspots. Mit Hilfe der Hochspannungsprüfung können Isolations- und Erdungsfehler erkannt werden, die sonst schnell zu einem Sicherheitsrisiko werden könnten. Mögliche Einsatzbereiche sind zum Beispiel die Wareneingangskontrolle im Lager oder auf der Baustelle, die Überprüfung bei Verdacht auf Leistungsverlust oder sicherheitsrelevante Mängel sowie allgemeine Qualitätskontrollen. Das Testlabor wird sowohl in der Lehre an der HSR eingesetzt, als auch als in Zusammenarbeit mit dem SUPSI (Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana) als Dienstleistung angeboten.

Eine weitere Kooperation mit dem SUPSI betrifft die Untersuchung von photovoltaisch-thermischen Kollektoren (PVT), die gleichzeitig Wärme und Strom liefern. Dr. Andreas Bohren (SPF) und Prof. Dr. Roman Rudel (SUPSI) präsentierten in ihrem Vortrag Forschungsergebnisse, die ein besseres Verständnis der Leistungsfähigkeit und Ertragsberechnung von PVT Kollektoren ermöglichen. Für die Normierung von Tests und Prüfresultaten von PVT Kollektoren sind weitere Arbeiten geplant.

Auch die Prüfung der Schneelastbeständigkeit von Solarkollektoren, Photovoltaikpanelen und PVT Kollektoren ist Gegenstand der Zusammenarbeit zwischen SUPSI und SPF. Da es in alpinen Regionen immer wieder zu grossen Schäden an Solaranlagen kommt, wurde in Zusammenarbeit mit dem SUPSI und dem Dachverband der Gebäudeversicherungen (VKF) ein Schneelastzertifikat eingeführt, mit dem Elemente ausgezeichnet werden, die auch für extreme Schneeverhältnisse geeignet sind.

Entwicklungen für Schweizer KMU
In zwei Beiträgen wurden Projekte präsentiert, bei denen das SPF gemeinsam mit KMU aus der Schweiz und mit finanzieller Unterstützung von der KTI energieeffiziente Produkte für die Energiewende entwickelt. Mit den Firmen Solarpartner GmbH und Megasol AG entwickelt das SPF einen nur 5 cm hohen, drainback-fähigen Flachkollektor, der einfach in das PV-Montagesystem der Megasol AG eingeklinkt werden kann. Die flache Bauweise und die Vorgaben des Montagesystems machen dieses Projekt zu einer besonderen Herausforderung.

Gemeinsam mit der Swissframe AG und den Fachhochschulen Burgdorf und Buchs wurde eine Lösung für die Warmwasserproduktion in Mehrfamilienhäusern präsentiert, welche die Wärmeverteilverluste praktisch auf null reduziert und insbesondere bei Renovation und Ersatz von dezentralen Elektroboilern erhebliche Kosten- und Effizienzvorteile verspricht. Die Swissframe AG bietet bereits seit längerem Vorwandsysteme für Badezimmer an, in welche wahlweise auch die Komfortlüftung für eine Wohnung integriert sein kann. In diese Einheit wurde nun ein thermischer Speicher für die Warmwasserbereitung eingebaut, der durch eine Abluft-Wärmepumpe beheizt wird(Abbildung 2). Die Herausforderung war hier, einen Wärmespeicher für die Warmwasserbereitung in den nur 30 cm tiefen Hohlraum der Vorwandeinheit zu integrieren und trotz eines ungünstigen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen die Wärmeverlustvorgaben der SIA zu erfüllen. Diese Anforderungen wurden mit einem drucklosen, vakuumisolierten Kunststoff-Speicher erfüllt, der in den Labors des SPF entwickelt wurde.

Solarwärme und Energieeffizienz für Industrielle Prozesse
Zwei Präsentationen zeigten die Aktivitäten des SPF im Bereich industrielle Prozesse auf. Dr. Mercedes Rittmann-Frank wies einleitend darauf hin, dass Wärme für industrielle Prozesse für 13% des Schweizerischen Energieverbrauchs verantwortlich ist. Etwa 40% dieser Wärme wird auf einem Temperaturniveau bis 250 °C benötigt und ist dadurch geeignet, mindestens teilweise über Solarwärmeanlagen gedeckt zu werden. Das Institut für Solartechnik SPF untersucht in einem vom BFE geförderten Projekt sechs Anlagen der solaren Prozesswärmenutzung im Bereich 90 °C bis 180 °C (Abbildung 3).

Aufgrund der Erkenntnisse aus der energetischen und ökonomischen Auswertungen wird ein Leitfaden für die Planung, die Installation und den Betrieb von solaren Prozesswärmeanlagen in der Schweiz erarbeitet. Die bisherigen Analysen zeigen, dass solare Deckungsraten von bis zu 40% erreicht werden können. Anschliessend zeigte Marco Caflisch auf, wie das SPF bei Untersuchungen zur Effizienzsteigerung von industriellen Prozessen vorgeht. Anhand verschiedener Fallstudien, welche das SPF in der Industrie durchgeführt hat, konnte er darlegen, dass teilweise mit geringem Aufwand bereits deutliche Einsparungen mit Amortisationszeiten von unter einem Jahr realisiert werden konnten.

Blendung durch Reflexion von Gebäudehüllen
Mattia Battaglia zeigte auf, dass nicht nur von Solaranlagen, sondern von diversen Materialien in Gebäudehüllen Blendung ausgehen kann. Im Projekt Reflex werden geeignete physikalische Parameter ermittelt, die für die Beschreibung und Bewertung von "störender Blendung" wichtig sind.

Gleichzeitig werden Reflexions- und Streuverhalten verschiedener Oberflächen messtechnisch durch die bidirektionalen Reflektanz-Verteilungsfunktionen (BRDF) erfasst. Mit dieser Methode werden nicht nur Messungen an Gläsern (Sonnenkollektoren, Fotovoltaikmodule etc.) durchgeführt, sondern auch an anderen Bauteilen der Gebäudehülle. Mit den Messergebnissen wird eine Datenbank aufgebaut, die zentrale Eingabeparameter zur Charakterisierung von Oberflächen in lichttechnischen Programmen zur Verfügung stellt. Dadurch kann bei der Bewertung der Blendwirkung von Reflektionen bereits bei der Planung auf eine fundierte physikalische Grundlage zurückgegriffen werden. Es können ausserdem neue Materialien oder neuartige Oberflächenstrukturen aussagekräftig bezüglich Blendung bewertet werden.

Mattia Batttaglia zeigte eindrücklich auf, dass von einer gewöhnlichen Glasscheibe (Floatglass), bei flachem Einfallwinkel der Sonne punktuell und für eine kurze Dauer, eine hohe Blendstärke auftreten kann. Bei einem matten oder prismierten Glas ist die Blendstärke weniger stark. Dafür ist die Dauer der Blendung aber länger, weil das Licht breiter gestreut wird (Abbildung 4). Eine Bewertung, welches der beiden Blendwirkungen als weniger störend zu beurteilen ist, gestaltet sich aber vor allem auch auf Grund der fehlenden gesetzlichen Grundlagen als schwierig.

Neue Förderansätze und Kollektorliste.ch
Dr. Andreas Bohren stellte die neue Kollektor-Förderliste vor, die das SPF im Auftrag des Bundesamtes für Energie ins Internet gestellt hat. Er zeigte in seinem Vortrag auf, dass die Fördersituation für Solarwärme in den verschiedenen Kantonen im Moment noch sehr unterschiedlich ist. Mit dem harmonisierten Fördermodell, welches derzeit bei den Energie-Direktoren der Kantone (EnDK) in Bearbeitung ist, sollen die Fördergrundsätze einheitlich werden und für die Höhe der Beiträge Minimalwerte festgesetzt werden. Neu wird die Förderung nicht mehr auf die Anzahl m2 Kollektorfläche abgestützt, sondern in Abhängigkeit der thermischen Nennleistung definiert. Das harmonisierte Fördermodell sieht einen Grundbetrag von 1200 Franken vor, zuzüglich 500 Fr/kW thermische Nennleistung. Für Warmwasseranlagen mit hohem Flächenertrag und Anlagen mit automatischer Überwachung sind Zuschläge vorgesehen. Die heute gültigen und die in Zukunft mit dem harmonisierten Fördermodell zu erwartenden Förderbeträge können unter www.kollektorliste.ch durch Bauherrn, Planer oder Interessierte unter Angabe des Kollektors und des Kantons automatisch berechnet werden.


Text: SPF Institut für Solartechnik der Hochschule für Technik HSR

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