Die Einbindung von Gas oder Öl-Brennern in ein Solarsystem ist oft eine zentrale Frage. In diesem Projekt wird analysiert, wie diese am besten zu integrieren sind. Zu diesem Zweck werden einige auf dem Markt erhältliche Systeme aufgebaut und auf dem Prüfstand vermessen. Aus den Messresultaten ist ersichtlich, wie effizient ein System arbeitet, oder wo Verbesserungspotential vorhanden ist.
Neben den Messungen, Bewertungen und Optimierungen als zentralen Gegenstand des Projektes, entstehen vor allem auch verbesserte Brennerrechenmodelle für die Simulation, welche in Polysun4 eingesetzt werden können. Diese neuen verbesserten Rechenmodelle erlauben eine Optimierung des Zusammenspiels von Solarenergie und Zusatzheizung in einem solarthermischen Kombisystem bereits in der Phase der Entwicklung durch Simulation.

Die Temperaturschichtung im Speicher ist bedeutend für die Funktion und den Ertrag von Solaranlagen. Deswegen ist anzustreben, beim Einbringen der Wärme von der Solaranlage und/oder vom Heizungsrücklauf, temperaturabhängig auf der richtigen Höhe einzuschichten.
Am SPF wurden Experimente durchgeführt, die ein kontinuierliches Einschichten des einströmenden Fluides in den Speicher mit einem möglichst einfachen und günstigen Konzept ermöglichen. Die Visualisierung, bei der Wasser mit ca. 50 Grad Celsius für unterschiedliche Beladevolumenströme in eine Schicht unterhalb des Bereichs mit 60 Grad im Speicher eingeschichtet wird, veranschaulicht dies.

Langzeitstabilitätsvorhersagen aufgrund von Prüfungen im Labor sind eine Sache - das tatsächliche Alterungsverhalten im realen Einsatz häufig eine andere. Um dieser Diskrepanz vorzubeugen, hat das SPF zwischen 1985 und 2007 ein Projekt zur Freibewitterung von potentiellen Materialien für Kollektorabdeckungen durchgeführt.

Für dieses Projekt wurden 42 verschiedene transluzente Kunststoffe und 16 Gläser ausgewählt. Um realitätsnahe Bedingungen zu erreichen, wurden diese Materialien auf sogenannten Mini-Kollektoren montiert und an zwei klimatologisch unterschiedlichen Standorten in der Schweiz exponiert. Von den insgesamt 700 präparierten Proben wurden aufgrund eines vorgegebenen Zeitplans komplette Serien entnommen, optional nach einer definierten Prozedur gereinigt, die Änderung der optischen Eigenschaften gemessen und eingelagert.

Damit verfügt das SPF über einen einzigartigen Fundus an Referenzmaterialien z.B. für die Entwicklung beschleunigter Alterungsmethoden. Die bisherige Auswertung der Daten hat zu teilweise überraschenden Ergebnissen geführt.

In dieser Arbeit wurde die Simulationsumgebung eines stark vereinfachten (maximum lean) solaren Kombisystems generiert. Ziel der durchgeführten Computersimulationen war es, Kenntnisse über das thermische Verhalten eines solchen Systems und die Auswirkungen verschiedener Regelstrategien insbesondere auf den thermischen Speicher zu erhalten. Die Besonderheit des Systems besteht in dem drucklosen Speicher in Verbindung mit Drainback Technologie des Solarkreises sowie der Regelstrategie des Heizkreises. Um eine geeignete Dimensionierung des Systems zu erzielen wurden Kostenfunktionen in Abhängigkeit von Kollektorgrösse und Speicherinhalt ermittelt. Da auf Grundlage dieser Kostenfunktionen bei keiner Anlagenkonfiguration ein finanzieller Vorteil gegenüber einem nicht-solaren System entsteht, wurde eine neue Zielfunktion nach dem Kosten/Nutzen Verhältnis definiert und diese mittels der Optimierungssoftware GenOpt minimiert.

Vermehrt kommen für solare Raumheizung und Wassererwärmung im Einfamilienhaus kompakte, weitgehende standardisierte und vorgefertigte Anlagen zum Einsatz. Dieser Trend verspricht eine Kostenreduktion und eine Verbesserung der Funktionstüchtigkeit. Um dies am Prüfstand zu kontrollieren wurde im Rahmen des Task 26 des Solar Heating & Cooling Programms der IEA eine neue Prüfmethode, der Concise Cycle Test (CCT) entwickelt. Dieser beruht auf zwei Prinzipien: Erstens sind die Randbedingungen von Klima und Last, die während eines Jahres auftreten, in einem 12-tägigen Prüfzyklus zusammengefasst und zweitens gibt es möglichst keine Eingriffe in die Funktion des Systems. In einer mehrjährigen Untersuchung mit dem Titel Kombi-Kompakt+ wurde mit Hilfe dieser Methode am Institut für Solartechnik SPF eine grosse Anzahl von kompakten solaren Kombisystemen geprüft. Diese Untersuchung wurde mit der Veröffentlichung der Prüfberichte abgeschlossen.

Warmwasserspeicher weisen an den Anschlussleitungen besonders hohe Wärmeverluste auf. Die Anschlussrohre sind als Wärmebrücken zu betrachten, an denen die Verluste auf Grund von Konvektion und Wärmeleitung auftreten. Obwohl die Problematik der hohen Speicheranschlussverluste unter Experten seit den 80-er Jahren bekannt ist, wird die Thematik, zumindest in Europa, von den Herstellern und Installateuren weitgehend ignoriert. Bisher gibt es weder systematische Untersuchungen, noch fundierte Empfehlungen zur Gestaltung von Speicherstutzen und Anschlussleitungen. Zum Einsatz von Siphons, Konvektionsbremsen und Konvektionssperren sind nur Erfahrungswerte und Faustregeln verfügbar. Für die Faustregeln sind keine Grundlagen bekannt. Die Resultate dieser Arbeit sollen als Grundlage für Empfehlungen zur Reduktion von Wärmeverlusten an Wärmespeichern dienen.

Um Zeiten sonnenstrahlungsarmer Tage zu überbrücken und den Bedarf an thermischer Energie in Gebäuden decken zu können, konzentrieren sich unsere Forschungsarbeiten auch auf die theoretische und experimentelle Untersuchung neuer Speichertechnologien zur Wärmespeicherung in Heiz- und -Kühlsystemen für Solar- und Niederenergiehäuser. Diese Aktivitäten zielen auf die Entwicklungen neuer Speichersysteme in thermischen Solaranlagen, welche zu einem hohen solaren Deckungsgrad in Gebäuden führen. Wir erarbeiten Entscheidungsgrundlagen zum Einsatz dieser neuen Speichertechnologien nicht nur in solaren Heiz- und Kühlsystemen sondern auch für Wärmepumpen und Heizkessel.
Unser Fokus richtet sich dabei auf die Nutzung von Solarenergie. Der Anwendungsschwerpunkt sind freistehende Einfamilien- und Mehrfamilienhäuser mit entsprechenden Speichergrössen zur hohen solaren Deckung der Heiz- und Kühllast. Konventionelle Speichersysteme nutzen Wärme gedämmte Wasserspeicher mit einem Volumen von 400l bis 1000l. Die Untersuchungen, welche wir im Rahmen des IEA SHC Tasks 32 durchführten, sollen Wege zur Umsetzung neuer Speicherkonzepte mit höherer Effizienz und Speicherdichte aufzeigen.

Zur Dimensionierung einer solarthermisch getriebenen Kühlanlage muss der thermische Wirkungsgrad (COPth = coefficient of performance) der Kältemaschine unter Last bei den Fluidtemperaturen im Kollektor, im Wärmeabwurfsystem und im Verdampfer bekannt sein. Nebst dem Betriebsverhalten des ClimateWell Thermochemical Accumulators (Prototyp) wurde der COPth bei unterschiedlichen Kühlleistungen aus Messungen bestimmt und Vorschläge zur Verbesserung der Maschine diskutiert.
Die speziellen Messungen wurden am Institut für Solartechnik SPF am dafür angepassten Labor-Systemteststand durchgeführt.