EDITORIAL des IPB-Newsletters 08/08

Hamburg | 29.08.2007 | Ostler, Pauls | ca. 7.000 Zeichen

Ein „energetisches Perpetuum Mobile“
Solarthermie ist die Umwandlung von Sonnenenergie in nutzbare Wärmeenergie. In Zeiten stetig steigender Preise für fossile Energieträger wie Erdöl und Erdgas wächst die Bedeutung von Wärmegewinnung aus erneuerbaren Energien. Nach Angaben des Bundesverbandes Solarwirtschaft stieg die Nachfrage nach Solarheizungen im ersten Halbjahr 2008 gegenüber dem Vorjahreszeitraum um über 50 Prozent. 60.000 Solarkollektoren wurden in den vergangen sechs Monaten installiert.

Betrachtet man die Entwicklung der Wärmebereitstellung aus der Solarthermie seit 1990 ist festzustellen, dass die produzierten Gigawattstunden (GWh) von 130 GWh auf 3.700 GWh in 2007 um fast 3.000 Prozent gewachsen sind. Bei vernünftiger Anbringung der Solarkollektoren kann ein durchschnittlicher Haushalt 60 Prozent des Warmwasserbedarfs sowie weitere 20 bis 40 Prozent der Heizenergie über Solarheizungen abdecken. Ein Quadratmeter thermischer Kollektor spart zwischen 40 bis 60 Liter Heizöl pro Jahr.

Neben der kostenlosen Wärmeerzeugung besteht ein weiterer Vorteil der Solarenergie in der schnellen energetischen Amortisation. Die zur Herstellung einer Solarthermie-Anlage aufgewendete Energie ist nach zwei Jahren bereits eingeholt. Ab diesem Zeitpunkt weisen die Kollektoren bei einer Lebensdauer von mindestens 25 Jahren eine positive Energiebilanz auf.

Glas – das tragende Element
Bislang werden thermische Kollektoren auf einem Trägergerüst in einem speziellen Rahmen aus Holz, Aluminium oder Kunststoff auf dem Dach angebracht. Eine innovative Bauweise von Solarkollektoren* verzichtet nun auf das Rahmenkonstrukt und setzt das Glas des Kollektors, als tragendes Element ein. Die so hergestellten Solaranlagen zeichnen sich durch eine signifikante Gewichtsreduzierung der Bauteile aus. Der geringe Materialeinsatz spart Kosten und verringert die Last für das Dach. Somit können auch die großen Dachflächen der Industrie- und Lagerhallen problemlos mit Modulen bestückt werden. Die Idee, auf das schwere Rahmengerüst, das rund 1/3 des gesamten Gewichts des Kollektors ausmacht, zu verzichten, kam dem Erfinder, der bereits seit über 20 Jahren in der Solarbranche tätig ist, während einer Autofahrt zu einem Kunden. Die Windschutzscheibe hat sich in den vergangenen Jahren in der Automobiltechnik zu einem tragenden Element entwickelt.

„Ich habe mir dann ganz einfach die Frage gestellt, ob das bei einem Solarkollektor nicht auf funktionieren könnte“, beschreibt der Erfinder den Ursprung seines Patents. Spätestens in einem Jahr soll die Idee durch intensive Forschungs- und Entwicklungsmaßnahmen, die in Zusammenarbeit zwischen dem Erfinder und der IP Bewertungs AG (IPB) entwickelt wurden, Marktreife erlangt haben.

Patentierte Lösung zur Beschichtung
Der wichtigste Teil des thermischen Kollektors ist der Solarabsorber*. Über das meist schwarz lackierte Bauteil wird das einfallende Sonnenlicht aufgenommen und in Nutzwärme umgewandelt. Zusätzlich sind bei solarselektiven Schichten, wie sie heute Stand der Technik sind, die Wärmeverluste durch Abstrahlung drastisch vermindert. Solarselektive Beschichtungen von hoher Qualität werden aktuell in aufwendigen und kostenintensiven Verfahren hergestellt. Robuste, fest haftende, thermisch und chemisch langzeitstabile Beschichtungen lassen sich aber auch durch Sol/Gel-Verfahren erzeugen. Die Vorteile solcher Herstellungsverfahren liegen neben den geringen Anforderungen an Equipment und Prozesskontrolle in der hohen Variabilität der verwendbaren Materialien. In nahezu beliebiger Zusammensetzung und Schichtstruktur können nicht-planare Flächen beschichtet werden. Außerdem hat das Sol/Gel-Verfahren einen relativ geringen Energiebedarf und ermöglicht Kombinationen verschiedener Beschichtungsschritte zur Erzeugung von multifunktionellen Schichten, wie sie sich mit anderen bekannten Verfahren wie der Sputter-Technik nicht oder nur mit kaum vertretbarem Aufwand realisieren lassen.

Das patentierte Verfahren zur Herstellung einer qualitativ sehr hochwertigen, solarselektiven Absorberbeschichtung für Solarkollektoren* auf Basis des Sol/Gel-Verfahrens kann mit einer marktüblichen Produktionsmaschine im industriellen Maßstab umweltfreundlich und kostengünstig eingesetzt werden.

Der „totale“ Wärmeaustausch
Der Solarkollektor vereint zwei unterschiedliche Wärmekreisläufe. Zum einen ist der Kollektor Teil des gesamten Kalt- und Warmwasserkreislaufs des Gebäudes, zum anderen beinhaltet er einen komplett abgeschlossenen Kreislauf zur Wärmeübertragung. Bislang werden zum Wärmetausch meist Kupferrohre eingesetzt. Der Abstand zwischen den Rohren beträgt je nach Hersteller und Typ zwischen 8 und 15 cm. Zwar ist die Produktion dieser Wärmetauscher sehr kostengünstig, jedoch gibt es starke Energieverluste in den großen Zwischenräumen.

Der innovative, patentierte Hochleistungs-Temperierkanal** ermöglicht in einer kurzen Zeitspanne einen nahezu „totalen“ Wärmeaustausch. Der Wärmeübertrager besteht aus zwei aufeinander entgegengesetzt gelegten und aneinander befestigten Blechen, die in ihrer Trenn- bzw. Kontaktebene eingebrachte einseitige Vertiefungen haben. Durch diese Vertiefungen wird eine Innenstruktur vorgegeben, die eine vollflächige Wärmeaufnahme gewährleistet und die Umsetzung der Sonnenenergie in Wärme im Millisekundenbereich ermöglicht. Die erfindungsgemäßen Wärmetauscher sind einfach, kostengünstig und im industriellen Maßstab zu produzieren. Durch die kompakte, extrem dünne Bauweise entsteht eine flache Oberfläche, die zur Anbringung der Absorberschicht verwendet werden kann.

Die Sonne scheint auf alle gleich
In Kombination, ergeben die drei vorgestellten Erfindungen eine neue Generation von Solarkollektoren. Mit einer Höhe von nur 10 mm und ohne Rahmenkonstruktion ermöglichen sie, kostengünstig in der Produktion, eine höchst effiziente Umwandlung von Sonnenlicht in Wärme. Durch die Materialeinsparung kann der neue Solarkollektor in großer Stückzahl bei einfacher Montage angebracht werden. „Die Sonne scheint auf alle Kollektoren gleich, den Unterschied macht die Technologie im Inneren“, beschreibt Dr. Benedikt H. Ahlers, Manager Sales & Development bei der IP Bewertungs AG (IPB) den technischen Vorsprung der Innovationen. Gegen eine Lizenzgebühr können zu jeder Zeit Nutzungsrechte an den Technologien erworben werden.


*Die Patente sind Eigentum der ZYRUS Beteiligungsgesellschaft mbH &Co. Patente I KG
**Die Patente sind Eigentum der ZYLUM Beteiligungsgesellschaft mbH & Co. Patente II KG

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