Thermische Solaranlagen auf dem Dach können Trinkwasser erwärmen, aber auch ganze Heizungssysteme mit Warmwasser versorgen. Für den Laien sehen die Kollektoren mit ihrer gläsernen dunkel glänzenden Oberfläche nicht anders aus als Photovoltaikmodule, die zur Stromgewinnung auf Dächern montiert werden. Beim Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE können die Kollektoren nun unter realistischen Bedingungen geprüft werden.
Herkömmliche Prüfmethoden konnten lediglich unter Raumtemperatur stattfinden. Herzstück des neuen Prüfstandes ist die Klimakammer, außerdem lassen sich unterschiedliche Windstärken simulieren, erklärt Konstantin Geimer. Er hat die Anlage für das Fraunhofer-Institut in Freiburg mit entwickelt.
Der Maschinenbauer blickt durch ein Fenster in eine geschlossene Kammer. Drinnen liegt ein zwei Quadratmeter großer Sonnenkollektor. Von der Decke hängen zahllose etwa armlange Zylinder, an deren Enden sind Handtellergroße Saugnäpfe befestigt. Wie eine Krake, die sich an einem Stein festsaugt, zerren die Zylinder an dem Modul. So werden heftige Windböen simuliert. Konstantin Geimer steht vor der Klimakammer. Zu hören ist nur das Zischen der Vakuumpumpe.
"Wenn an irgendeiner Stelle ein Leck ist von den ungefähr 80 bis 100 Leitungen, die hier verbaut sind, dann muss das Vakuum ständig erneuert werden."
Simulierte Schneelasten bei minus 40 Grad, Windlasten bei plus 60 Grad. Der neue Prüfstand kann realistische Bedingungen erzeugen, was mit herkömmlichen Prüfverfahren kaum möglich ist, sagt Konstantin Geimer.
"Insgesamt kann die Anlage einen Druck von bis zu 7,5 Tonnen aufbauen. Das heißt, ich kann auf einen Kollektor fünf bis sechs Autos stapeln und schauen, ob die Glasscheibe das aushält, je größer die Fläche ist, desto höher wirkt auch die Kraft."
Viele Szenarien sind möglich. So werden die Kollektoren, wenn im Winter der Schnee auf dem Dach schmilzt und abrutscht, an verschiedenen Stellen unterschiedlich belastet. Auch der Dachwinkel spielt eine Rolle. Bei Wind können zwischen den Teilen der Anlage Wirbel entstehen, die das gesamte Montagesystem und die Verbindungsstücke besonders strapazieren. In Freiburg können die Wissenschaftler nun unterschiedliche Parameter miteinander kombinieren. Ein schräges Dach, Minusgrade, dazu Wind und schwerer nasser Schnee, kein Problem, meint Konstantin Geimer. Um die Module möglichst realistischen Einflüssen auszusetzen, haben die Freiburger Forscher zunächst einmal Klimadaten in Feldversuchen gesammelt – an Orten mit extremen Wetterbedingungen, etwa auf der Zugspitze oder auf der Sturminsel Gran Canaria. Dort wehen bodennahe Winde von bis zu 75 Kilometer pro Stunde. Ein wichtiger Grenzwert für die Testreihen, sagt Korbinian Kramer. Er leitet das Prüfzentrum am Fraunhofer-Institut.
"Zum einen versucht man, Extremata abzuprüfen und das andere ist, Standardtests zu entwickeln, um in kürzerer Zeit für günstigeres Geld zu einer Aussage zu kommen, dieses Produkt hält 20 Jahre in natürlichem Einsatz."
In der Halle stehen reihenweise Kollektoren aus der ganzen Welt, die in den nächsten Wochen für den europäischen Markt geprüft werden.
"Ein Markt mit großem Wachstum war im letzten Jahr Polen, in diesem Jahr wird wahrscheinlich Italien wieder stärker anziehen. Ein Riesenmarkt ist und bleibt immer China, 70 Prozent des Weltmarktanteils im solarthermischen Bereich."
Inzwischen haben die Wissenschaftler erste Resultate für den neuen Prüfstand. Die Messungen unter realistischen Bedingungen liefern ganz andere Ergebnisse als herkömmliche Messungen unter Raumtemperatur, wo außerdem nur senkrecht von oben wirkende Lasten berechnet werden können. Die neuen Testmöglichkeiten werden auch die festgelegten Normen langfristig beeinflussen, meint Korbinian Kramer.
"Wir wollen in den nächsten Jahren dahin kommen, dass wir das Ganze auf einen einfachen kostengünstigen Test reduzieren können, der diese Aspekte mit berücksichtigt."
Herkömmliche Prüfmethoden konnten lediglich unter Raumtemperatur stattfinden. Herzstück des neuen Prüfstandes ist die Klimakammer, außerdem lassen sich unterschiedliche Windstärken simulieren, erklärt Konstantin Geimer. Er hat die Anlage für das Fraunhofer-Institut in Freiburg mit entwickelt.
Der Maschinenbauer blickt durch ein Fenster in eine geschlossene Kammer. Drinnen liegt ein zwei Quadratmeter großer Sonnenkollektor. Von der Decke hängen zahllose etwa armlange Zylinder, an deren Enden sind Handtellergroße Saugnäpfe befestigt. Wie eine Krake, die sich an einem Stein festsaugt, zerren die Zylinder an dem Modul. So werden heftige Windböen simuliert. Konstantin Geimer steht vor der Klimakammer. Zu hören ist nur das Zischen der Vakuumpumpe.
"Wenn an irgendeiner Stelle ein Leck ist von den ungefähr 80 bis 100 Leitungen, die hier verbaut sind, dann muss das Vakuum ständig erneuert werden."
Simulierte Schneelasten bei minus 40 Grad, Windlasten bei plus 60 Grad. Der neue Prüfstand kann realistische Bedingungen erzeugen, was mit herkömmlichen Prüfverfahren kaum möglich ist, sagt Konstantin Geimer.
"Insgesamt kann die Anlage einen Druck von bis zu 7,5 Tonnen aufbauen. Das heißt, ich kann auf einen Kollektor fünf bis sechs Autos stapeln und schauen, ob die Glasscheibe das aushält, je größer die Fläche ist, desto höher wirkt auch die Kraft."
Viele Szenarien sind möglich. So werden die Kollektoren, wenn im Winter der Schnee auf dem Dach schmilzt und abrutscht, an verschiedenen Stellen unterschiedlich belastet. Auch der Dachwinkel spielt eine Rolle. Bei Wind können zwischen den Teilen der Anlage Wirbel entstehen, die das gesamte Montagesystem und die Verbindungsstücke besonders strapazieren. In Freiburg können die Wissenschaftler nun unterschiedliche Parameter miteinander kombinieren. Ein schräges Dach, Minusgrade, dazu Wind und schwerer nasser Schnee, kein Problem, meint Konstantin Geimer. Um die Module möglichst realistischen Einflüssen auszusetzen, haben die Freiburger Forscher zunächst einmal Klimadaten in Feldversuchen gesammelt – an Orten mit extremen Wetterbedingungen, etwa auf der Zugspitze oder auf der Sturminsel Gran Canaria. Dort wehen bodennahe Winde von bis zu 75 Kilometer pro Stunde. Ein wichtiger Grenzwert für die Testreihen, sagt Korbinian Kramer. Er leitet das Prüfzentrum am Fraunhofer-Institut.
"Zum einen versucht man, Extremata abzuprüfen und das andere ist, Standardtests zu entwickeln, um in kürzerer Zeit für günstigeres Geld zu einer Aussage zu kommen, dieses Produkt hält 20 Jahre in natürlichem Einsatz."
In der Halle stehen reihenweise Kollektoren aus der ganzen Welt, die in den nächsten Wochen für den europäischen Markt geprüft werden.
"Ein Markt mit großem Wachstum war im letzten Jahr Polen, in diesem Jahr wird wahrscheinlich Italien wieder stärker anziehen. Ein Riesenmarkt ist und bleibt immer China, 70 Prozent des Weltmarktanteils im solarthermischen Bereich."
Inzwischen haben die Wissenschaftler erste Resultate für den neuen Prüfstand. Die Messungen unter realistischen Bedingungen liefern ganz andere Ergebnisse als herkömmliche Messungen unter Raumtemperatur, wo außerdem nur senkrecht von oben wirkende Lasten berechnet werden können. Die neuen Testmöglichkeiten werden auch die festgelegten Normen langfristig beeinflussen, meint Korbinian Kramer.
"Wir wollen in den nächsten Jahren dahin kommen, dass wir das Ganze auf einen einfachen kostengünstigen Test reduzieren können, der diese Aspekte mit berücksichtigt."