Beschreibung
P 820 – Entwicklung von Solarabsorbern in Stahlbauweise auf Basis partiell plattierter Hybridhalbzeuge
In dem Projekt wurde ein vollflächig durchströmter Demonstrator-Solarabsorber hergestellt, welcher ein bionisches Kanaldesign besitzt (FracTherm®). Der Aufbau des Absorbers wurde modular gehalten, so dass dieses Konzept die Möglichkeit flexibler Kollektorgrößen und dadurch einen architektonischen Zusatznutzen bietet.
Möglich wurde dies durch die Prozesskette partielles Kaltwalzplattieren und anschließendes Innenhochdruckumformen. Hierbei werden zwei Blechbänder zu einem partiell plattierten Halbzeug zusammengewalzt. Unter Berücksichtigung der Längung durch den Walzprozess wird ein Trennmittel auf das Band appliziert, welches die Plattierung der Bleche entlang der später sich auszubildenden Kanalstruktur verhindert. Das so produzierte Halbzeug besteht hier auf der Oberseite aus einem dreilagigen Werkstoffverbund (Kupfer-Stahl-Kupfer) und auf der Unterseite aus reinem Stahl. Für einen reinen Stahl-Stahl-Verbund bestehen signifikante Kostenvorteile.
Für die anschließende Umformung mit Innenhochdruck ist ein besonderes Dichtungskonzept erforderlich. Es wurde hier mit einem konischen Andockstutzen und Elastomer-Dichtung gelöst. Ein Anschweißen von Anbindungsstellen ist aufgrund der Werkstoffpaarung Stahl-Kupfer nicht möglich. Die Umformung der Halbzeuge erfolgte durch ein Umformwerkzeug in einer Hochdruckblechumformpresse bei einer Schließkraft von 22,5 MN und einem Wirkmediendruck von 65 MPa.
Die Messung der Durchströmung des Demonstratorabsorbers durch Thermografiemessung zeigt eine gute Verteilung. Der Druckverlust ist vergleichsweise gering. Der Kollektorwirkungsgradfaktor F’, eine wesentliche Einflussgröße der thermischen Effizienz, ist trotz der geringen thermischen Leitfähigkeit von Stahl durch ein geeignetes Kanaldesign sehr gut: Die Leistungsmessungen deuten auf einen Kollektorwirkungsgradfaktor F’ im Bereich der Technik oder leicht darüber hin.
Stahl wird bisher nur gering bei Solarabsorbern eingesetzt. Mit Hilfe der hier gezeigten neuartigen Prozesskette kann der Einsatz von Stahl erhöht werden. In Kombination mit dem bionischen Design ergeben sichweitere Vorteile zur Erhöhung der Nutzung solarthermischer Energie. Durch das modulare Konzept ergeben sich zudem bisher nicht erschlossene Nutzungspotentiale zur besseren Einbindung der Solarthermie in der Architektur.
Das IGF-Vorhaben 339 ZN der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde am Institut für Umformtechnik und Leichtbau, TU Dortmund und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, Freiburg, durchgeführt.
Autoren:
A. E. Tekkaya, F. Steinbach, L. Koch, M. Hermann
Veröffentlichung:
2015
