Modellierung eines Prototyps eines neuartigen Solarthermiekollektors mit integriertem Latentwärmespeicher

Im Rahmen eines Forschungsprojektes wird ein neuartiger Solarthermiekollektor mit integriertem Speicher erforscht, der es ermöglichen soll, vor allem in der Winter- und Übergangszeit möglichst effizient solare Wärmeenergie zu sammeln und zu speichern. Im Unterschied zu flächig ausgestalteten Systemen wird in diesem Projekt ein anderer Aufbau entwickelt. Ein bis zu zehn Meter hoher “Energiepfahl” soll aufgrund seiner vertikalen Ausrichtung und einer rundherum angebrachten Absorberfläche gerade bei niedrigem Sonnenstand ganztägig Solarenergie sammeln. Dabei kann die Wärmeenergie direkt an das lokale Heizsystem weitergegeben oder in einem internen Latentwärmespeicher zwischengespeichert werden.

Neben umfangreichen Messungen an unterschiedlichen Prototypen sind thermische Simulationen für die Entwicklung des Energiepfahls von besonderer Bedeutung. Damit sind belastbare Voraussagen der Energieeffizienz verschiedener Entwürfe des Gesamtsystems unter variierenden Randbedingungen im Jahresverlauf sowie kosteneffiziente Untersuchungen von Anpassungen im Entwurf möglich. In dieser Arbeit wird die Modellierung eines Prototyps im Simulationsprogramm “TRNSYS” vorgestellt. Als besondere Herausforderung gestaltete sich dabei die Simulation des Solarabsorbers und des Speicherkerns, da diese aufgrund des außergewöhnlichen Aufbaus und Geometrie nicht mit bestehenden Berechnungsmodulen abgebildet werden konnten. Die Validierung mittels Messdaten aus dem Versuchsstand zeigt, dass eine gute Abbildung gelungen ist und das Simulationsmodell für die weitere Entwicklung des Energiepfahls hinzugezogen werden kann.