Bislang basierten solarthermische Produkte in der Regel auf durchströmten Bauteilen aus Metall, die einen hohen Anteil der Solarstrahlung aufnehmen und zur Vermeidung thermischer Verluste wenig Infrarotstrahlung abgeben. Bei diesem Verfahren bleiben jedoch die Gebäudeintegration und architektonische Ästhetik auf der Strecke. Deshalb verfolgt die Fraunhofer ISE gemeinsam mit Industriaprtnern im Projekt Tabsolar II den Ansatz, solarthermische Kollektoren aus Ultrahochleistungsbeton herzustellen.
Filigran und effizient dank neuartigem Baustoff
Auf Basis durchströmter Bauelemente aus Ultrahochleistungsbeton (UHPC – Ultra High Performance Concrete) wollen die Forscher ressourcen- und kosteneffiziente Produkte entwickeln, die in der Fassade verbaut werden und so Gebäudehüllen für den Einsatz erneuerbarer Energien nutzbar machen.
Für die Bauteile wurden spezielle Rezepturen für UHPC entwickelt. Aus diesem können sehr filigrane, materialsparende und gleichzeitig hochfeste Betonfertigbauteile gegossen werden.
Energieeffizienz aus der Natur
Die Kanalstrukturen der UHPC-Kollektoren werden im vom Fraunhofer ISE entwickelten und patentierten bionischen FracTherm-Verfahren realisiert. Dieses erzeugt auf Basis eines Algorithmus mehrfach verzweigte Strukturen wie in Blättern. Mit dem Verfahren können nahezu beliebige Formen mit einem gleichmäßig durchströmten Kanalnetzwerk versehen werden. Es wurde bereits in anderen Konzepten und Fertigungsverfahren eingesetzt - beispielsweise für Solarabsorber oder für die Kühlung von Werkzeugen.
Sonnenanbeter-Fassaden für die Praxis
Die Fraunhofer-Forscher und ihre Projektpartner konzentrieren sich aktuell auf zwei wesentliche Aspekte.
Zum einen ist es Ziel, das vom Fraunhofer ISE entwickelte und erprobte Membran-Vakuumtiefziehverfahren (MVT-Verfahren) auf praxistaugliche Größen zu skalieren und auf produktionsnahen Anlagen zu realisieren. Bei diesem Verfahren werden die Außenkonturen der späteren Fluidkanäle in einen Werkzeugblock gefräst. Der Block wird mit Bohrungen versehen und mit einer Membran überdeckt. Unter Zuhilfenahme von Vakuum wird dann eine Halbschale des UHPC-Bauteils tiefgezogen und noch vor Aushärtung mit einer Platte aus frischem UHPC zusammengebracht. Die Herstellung von Bauelementen im MVT-Verfahren wurde für Formate von 340 x 460 Millemtern bereits erfolgreich im Labor umgesetzt. Jetzt geht es darum, für die Baubranche praxistaugliche Formate zu realisieren.
Zum anderen verfolgt das Projektteam das Ziel, je nach Anforderungen der Zielmärkte für UHPC-Kollektoren unterschiedliche Ausführungen anzubieten. Die Ausführung Tabsolar Premium soll mit einer spektralselektiven Beschichtung sowie Antireflexglas versehen und hinsichtlich Effizienz mit marktgängigen Solarkollektoren vergleichbar werden. Tabsolar Economy steht für lackierte oder durchgefärbte UHPC-Kollektoren mit Low-E-Verglasung und etwas geringeren Erträgen. In der Kategorie Tabsolar Design liegt der Fokus auf der gestalterischen Ausführung. Diese Kollektoren sind unverglast und können mit verschiedensten Strukturen und Farben versehen werden. Die ersten beiden Kategorien eignen sich für direkte solare Anwendungen, etwa zur Trinkwarmwasserbereitung oder für die Nutzung in Solar-Kombisystemen. Die dritte Kategorie zeichnet sich durch vielfältige architektonische Gestaltungsmöglichkeiten aus. Da sie deutlich geringere Temperaturniveaus und Wirkungsgrade erreicht, ist sie etwa als Niedertemperatur-Wärmequelle für Wärmepumpen geeignet.
Demogebäude in Planung
Um die späteren Produkte für Fachleute, Architekten oder Installateure zu veranschaulichen, soll zum Projektende ein Demonstrationsgebäude entstehen, dessen Fassade UHPC-Fertigelemente enthält. Das Anschauungsobjekt soll mit einfacher Messtechnik ausgestattet sein und so eine Visualisierung des thermischen Verhaltens der Elemente ermöglichen.
