Thermische Solarkollektoren

Für sein neu entwickeltes Messverfahren zur Charakterisierung thermischer Solarkollektoren erhielt Ing. Johann Brandmayr (31) den "Innovation Award der FH Wels". Grund für Austrian Standards, die auf einer Norm basierende Innovation zu "prüfen" und mit dem erfolgreichen Entwickler zu sprechen.

Erneuerbare Energieträger sind die unbestrittene Zukunftshoffnung in der Energieversorgung. Im 2008 verabschiedeten Energie- und Klimapaket der Europäischen Union wurde ein 20-prozentiger Anteil erneuerbarer Energien am Energieverbrauch als rechtlich bindendes Ziel festgelegt. Österreich hat in seiner 2010 dazu formulierten Klimastrategie der Solarthermie, also der Umwandlung von Sonnenenergie in nutzbare thermische Energie, besonderen Stellenwert eingeräumt.

Solarkollektoren
Credit: Austrian Institute of Technology

Um die ambitionierte EU-Vorgabe zu erreichen, müssen die Anlagen zur Energiegewinnung optimal eingesetzt werden. Um Wirkungsgrad und Effizienz bestimmen zu können, sind valide Kennzahlen notwendig. Grundlage für die Leistungs- und Zuverlässigkeitsprüfung ist die Europäische Norm EN 12975-2 "Thermische Solarkollektoren und ihre Bauteile – Kollektoren; Teil 2: Prüfverfahren".

Durch die Modernisierung des Regelwerks ergaben sich neue Anforderungen an die Freifeldprüfung derartiger Produkte. Diese Chance hat der oberösterreichische Ingenieur Johann Brandmayr genutzt und für das Austrian Institute of Technology (AIT) in Zusammenarbeit mit AIT-Engineer Franz Helminger ein neues, höchst effizientes Messverfahren zur besseren Charakterisierung von thermischen Solarkollektoren entwickelt.

Geprüfte Qualität ist Wettbewerbsvorteil

Österreich ist im Bereich Solarthermie eine der führenden Herstellernationen. Fast jeder vierte in der EU installierte Kollektor ist "made in Austria", die hohe Qualität österreichischer Produkte ist auf der ganzen Welt gefragt. Doch die Konkurrenz nimmt zu, es drängen gewichtige Mitbewerber auf den Markt. Umso wichtiger werden die Qualitätskontrolle und der Nachweis valider Leistungswerte.

Bislang waren die Prüfungen mit einem erheblichen zeitlichen und personellen Aufwand verbunden. Dennoch war es nicht möglich, ein derart vollständiges Berechnungsmodell zu erstellen.

Normen steigern Qualität

Ing. Johann Brandmayr (re.) bei der Überreichung des Innovation Award der FH Wels
Ing. Johann Brandmayr (re.) bei der Überreichung des Innovation Award der FH Wels

Hier setzt Johann Brandmayr an: "Bei den herkömmlichen Verfahren wird die Leistung eines Kollektors unter nahezu gleichbleibenden Bedingungen gemessen. Der Kollektor liegt mehrere Tage auf dem Prüfstand, da die Messwerte 10 bis 15 Minuten konstant bleiben müssen. In dieser Zeit dürfen sich Parameter, wie Sonneneinstrahlung, Einstrahlwinkel und Bewölkung, nicht ändern. Dazu muss das Ganze laufend kontrolliert werden, und das macht die Sache sehr zeit- und personalintensiv."

Die ÖNORM EN 12975-2 gestattet realitätsnahe Prüfbedingungen. Johann Brandmayrs Solarprüfstand zur Charakterisierung solarthermischer Kollektoren unter quasi-dynamischen Bedingungen erfüllt diese Anforderung bestens.

Brandmayr: "Die Norm machte die Entwicklung eines Programms zur Erfassung, Sicherung und Auswertung der anfallenden Messdaten notwendig. Für meinem Prüfstand habe ich die entsprechende Software entwickelt und am Austrian Institute of Technology in Betrieb genommen und verifiziert."

Innovation erhöht Effizienz

Der Vorteil der neuen Entwicklung liegt für Dipl.-Ing. Dr. Peter Zeller, Professor an der FH Wels, darin, dass es dadurch möglich ist, die Überprüfung automatisiert ablaufen zu lassen – vom Einlesen der Werte aus den Kontrollpunkten bis zur Berechnung der Prüfergebnisse. "Das reduziert den Personalaufwand erheblich und der Informationsgehalt der Ergebnisse wird optimiert. Damit können die österreichischen Solarhersteller im internationalen Wettbewerb noch konkurrenzfähiger sein", so Zeller.

Der Prozess der Prüfung hat sich zwar nicht grundlegend geändert. Was den neuen Prüfstand auszeichnet, ist, dass die Anordnung automatisiert arbeitet. Das bislang übliche Verfahren war auf optimale Bedingungen und gleichbleibende Parameter wie Sonneneinstrahlung oder Bewölkung angewiesen, was eine laufende Überwachung erforderte.

Abweichungen verbessern das Ergebnis

Messpunkte
Verteilung der aufgezeichneten Messpunkte unter verschiedenen Bedingungen

Für das neue Verfahren reicht es, wenn die Sonne scheint. Im Gegensatz zur bisherigen Prüfpraxis und im Gleichklang mit der ÖNORM EN 12975-2 sind wechselnde Parameter erklärtermaßen erwünscht. Durch das neue Berechnungsmodell auf Basis einer multiplen linearen Regression verbessern Abweichungen die Güte der Messwerte, weil dadurch unter Echtbedingungen geprüft werden kann.

Darüber hinaus sind die so gewonnenen Messwerte auch über verschiedene Prüfeinrichtungen hinweg vergleichbar. Mit der Zertifizierung entsprechend der "Solar Keymark" des Europäischen Komitees für Normung CEN gibt es zudem ein international gültiges Qualitätslabel, das auf Standards und der Vergleichbarkeit von Messergebnissen basiert. "Dies sei letztlich unabdingbar", so der für seine Arbeit ausgezeichnete Wissenschafter Johann Brandmayr.

Brandmayr: "Um erfolgreich innovativ tätig sein zu können, muss man sich an Normen orientieren. Denn die Einhaltung gültiger Standards sichert die Qualität von Produkten und Prozessen und ermöglicht eine nachhaltige Entwicklung und Verbesserung."

Herbert Hirner

Bibliographie

ÖNORM EN 12975-2 Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile – Kollektoren; Teil 2: Prüfverfahren