Implementation of Spectral Splitting in a Hybrid Concentrator Photovoltaic and Thermal Solar Collector

Ohne die Versorgung unserer Erde mit Energie aus fossilen und nuklearen Quellen wären das rasche Voranschreiten der Industrialisierung und das Erreichen eines derart hohen Lebensstandards innerhalb der letzten zwei Jahrhunderte wohl nicht möglich gewesen. Wie die Auswirkungen der globalen Erwärmung aber zeigen, scheint die Zeit gekommen zu sein, unsere Energieversorgung von Grund auf zu ändern. Der Weg in ein nachhaltiges Leben ist dabei sehr variantenreich. Der intelligente Einsatz und die Kombination der bereits verfügbaren erneuerbaren Energiequellen und die Entwicklung neuer Technologien werden deshalb eine der größten Herausforderungen der jetzigen und der zukünftigen Generationen sein. Die direkte Nutzung von Sonnenenergie mittels Photovoltaik oder solarthermischen Systemen wird als eine der Schlüsseltechnologien zur nachhaltigen Deckung unseres künftigen Energiebedarfes gesehen. Der konzentrierende Hybrid-Kollektor, der in der vorliegenden Masterarbeit beschrieben wird, vereint beide Systeme und liefert gleichzeitig elektrischen Strom und Warmwasser. Durch die Einführung der Technologie „Spectral Splitting“ soll die thermische Leistung des Kollektors erhöht und die Ausgangstemperatur auf 150°C angehoben werden. Die Teilnahme an dieser Weiterentwicklung im Rahmen dieser Projektarbeit soll grundlegende Daten für die konstruktive Änderung des Kollektors liefern. Dazu notwendig sind eine Simulation der bestehenden Konstruktion, die Durchführung von Materialerprobungen, der Aufbau einer Messumgebung am Testkollektor und die Durchführung von Leistungsmessungen mit veränderlichen Parametern. Der konstruktive Nachteil eines Fresnel-Systems, der bei niedrigem Sonnenstand zu geringerer Leistungsausbeute führt, kann durch die Simulation bestätigt werden. Die Materialerprobungen zeigen, dass Propylenglykol für die geplante Anwendung am besten geeignet ist. Der zeitintensive Umbau des Testkollektors war notwendig, um verschiedene Systemparameter variieren zu können, so dass nun der Zusammenhang zwischen elektrischer und thermischer Leistung des Kollektors und den jeweiligen Arbeitspunkten unter Einsatz von „Spectral Splitting“ hergestellt werden kann. Eine intensive Weiterarbeit an allen genannten Themen wird notwendig sein, um die Technologie „Spectral Splitting“ erfolgreich in die Serienproduktion des Kollektors einführen zu können. Die im Rahmen dieser Masterarbeit durchgeführten ersten Messungen zeigen jedoch das hohe Potential dieser Methode, um die geforderte Ausgangstemperatur des Kollektors zu erreichen und damit seinen Anwendungsbereich stark auszuweiten.