Kann ein Absorber aus Aluminiumlamellen, die auf Kupferrohre geklemmt sind, ein herkömmliches Absorberblech übertreffen? Diese Frage stand im Mittelpunkt eines F&E-Projekts TÜBİTAK 1707 (Nr. 3225044), das wir von Dezember 2022 bis Mai 2024 gemeinsam mit Innorma R&D, dem F&E-Start-up von Solimpeks, durchgeführt haben. Das Ziel: ein Absorberdesign, das die Leistung sowohl thermischer als auch hybrider PVT-Kollektoren steigert und zugleich eine Fertigung vor Ort in der Türkei möglich macht.
Was haben wir gebaut?
Insgesamt zehn Prototypen:
| Prototypengruppe | Stück | Ausführung | | --- | --- | --- | | Standard-Thermiekollektor | 1 | Wunder ANSG 2108 (Referenz) | | Standard-PV/T-Kollektor | 1 | Solimpeks PV-T (Referenz) | | Thermiekollektoren mit Lamellen | 4 | 7 oder 9 Absorberrohre; 150 oder 315 Lamellen | | PV/T-Kollektoren mit Lamellen | 4 | 7 oder 9 Absorberrohre; 112 oder 229 Lamellen |
Die Lamellenabsorber ersetzen herkömmliche Absorber durch Aluminiumlamellen, die auf Kupferrohre geklemmt sind – eine Bauweise, die Kosten senken und die Verschattung bei schrägem Lichteinfall verringern kann. Sie verspricht eine bessere Wärmeaufnahme im thermischen Betrieb und eine solide elektrische Leistung im PV/T-Betrieb mit Spitzenwerten von rund 220–250 W bei guter Sonneneinstrahlung – und dabei, wo nötig, leichter oder kompakter zu bleiben.
Wie nahm das Design Gestalt an?
Arbeitspaket 1 umfasste Konstruktion und Simulation: 3D-Modelle in SolidWorks, CFD-Berechnungen mit Flow Simulation und ein mathematisches EES-Modell zur Vorhersage der Wärmeströme. Wir testeten zunächst Konfigurationen mit 7, 9 und sogar 11 Rohren und stellten Parameter wie einen Lamellenabstand von 6 mm ein; die Randbedingungen – Einstrahlung von 1000 W/m², Umgebungstemperatur von 30 °C – wurden so gewählt, dass sie den Prüfbedingungen des Solar Keymark entsprechen. Erste Berechnungen waren vielversprechend, deuteten aber auch darauf hin, dass weniger Lamellen bei einem Sonnenwinkel von 45° Schatten vermeiden könnten.
In Arbeitspaket 2 nahmen die Prototypen Gestalt an: Aluminium für die Lamellen wurde beschafft, Kupferrohre montiert, und bei den Hybridausführungen wurden PV-Zellen über die Lamellenstruktur laminiert. Arbeitspaket 3 verfeinerte die Konstruktionen – Simulationen bei schrägem Einfallswinkel bestätigten, dass hohe Lamellenzahlen Schatten werfen und den Wirkungsgrad senken, sodass wir die Zahlen stellenweise halbierten, auf 150 Lamellen beim Thermiekollektor und 112 beim PV/T-Kollektor. In den Modellen hob das die Temperaturdifferenzen am Austritt von etwa 2,5 °C bei den Standardgeräten auf 3,6 °C bei unserem PV/T-Kollektor mit 9 Rohren. Auch Produktionslinien haben wir konzeptionell betrachtet.
Was zeigte die Prüfung im Freien?
In Arbeitspaket 4 haben wir fünf Thermie- und fünf PV/T-Kollektoren parallel aufgebaut, Wasser mit 0,03–0,07 kg/s durchgepumpt und dabei Einstrahlung, Wind, Temperaturen an mehreren Messpunkten sowie bei den PV/T-Kollektoren die elektrische Leistung aufgezeichnet – alle 5 Sekunden über Datenlogger. Die Standardkollektoren lagen bei direkter Sonne leicht vorn, die Lamellenausführungen zogen jedoch bei schrägem Einfall davon und nahmen mehr Wärme auf, wenn das Licht flach einfällt. Die elektrische Leistung blieb stabil, mit PV-Spitzen von 250 W bei 1000 W/m², in Übereinstimmung mit den Eurofins-Vergleichswerten, auch wenn Wolken die Leistung während der Messung zeitweise drückten.
Welche harten Lehren haben wir gezogen?
Die Simulationen bildeten die Trends gut ab, überschätzten die Gewinne aber teilweise – die realen Tests zeigten geringere Temperaturanhebungen, möglicherweise durch Wind oder ungleichmäßige Lamellen. Weniger Lamellen lösten das Verschattungsproblem, brachten aber stellenweise mehr Gewicht mit sich, was uns dazu brachte, die Werkstoffe zu überdenken. Auch die Beschaffung erforderte Versuche: Aluminiumbänder und präzises Crimpen brauchten mehrere Iterationen, frühe Undichtigkeiten wurden durch angepasste Werkzeuge behoben. Für die Industrialisierung erscheint ein gestufter Hochlauf (zunächst Handmontage, dann eine eigene Linie, sobald die Stückzahlen wachsen) als effizientester Weg.
Die Verbesserungen waren dennoch real. Das Lamellendesign erreichte bei schrägem Einfall eine Temperaturdifferenz von 3–4 °C, was bei wechselhafter Sonneneinstrahlung echte Einsparungen bedeuten könnte. Die PV/T-Leistungen lagen auf dem Niveau der Standardkollektoren, bei zugleich Potenzial für eine günstigere lokale Fertigung – unsere Schätzungen beziffern die Amortisation auf drei Jahre bei stetigem Absatz. Eine Teambesprechung bleibt in Erinnerung: Als wir bis spät in die Sitzung über die Lamellendichte diskutierten, einigten wir uns auf 112 für PV/T, nachdem wir eine dichtere Charge verworfen hatten – die richtige Balance aus Kosten und Leistung. Die Lokalisierung der Absorberfertigung verringert außerdem die Importabhängigkeit und unterstützt Nachhaltigkeitsziele, und eine Politik, die lokale Fertigung fördert, kann den Hochlauf beschleunigen.
Wer profitiert von Lamellenkollektoren?
Wohnhäuser, Krankenhäuser, Hotels, Fabriken und landwirtschaftliche Betriebe – überall dort, wo zuverlässige Wärme den Betrieb unterstützt, etwa bei der Erntetrocknung oder der Gewächshausbeheizung, ohne großen Wartungsaufwand. Auch Installationsbetriebe und Energieunternehmen, die Solaranlagen installieren, gehören zu den wichtigsten Anwendern, besonders wenn sie importierte Absorber gegen lokale austauschen wollen, um Kosten zu senken und die Eigenständigkeit zu stärken.
Wo wurden die Ergebnisse veröffentlicht?
Die PV/T-Ergebnisse sind in einer begutachteten Fachveröffentlichung erschienen: Büker M.S., Onay A.E. (Innorma R&D) und Dağ H.I. (Solimpeks), „Comparative Thermal and Electrical Performance Analysis of PV/T Collectors with Different Finned Absorber Configurations“, Journal of Climate Change (2025), doi:10.70917/jcc-2025-028. Die von TÜBİTAK geförderte Studie beziffert das CO₂-Minderungspotenzial der PV/T-Variante mit 229 Lamellen um 24,48 % höher als beim Standarddesign.
Wie geht es weiter?
Das im Mai 2024 abgeschlossene Projekt unterstreicht unser Geschick, Ideen in praxistaugliche Solartechnik zu verwandeln: Lamellenabsorber können Kollektoren in nicht idealen, realen Einbausituationen verbessern. Aufbauend auf früheren Arbeiten – Hybridsystemen und EU-Projekten – erwägen wir Erweiterungen wie eine intelligentere Regelung für wechselhaftes Wetter. Sprechen Sie uns an, wenn Sie Details wünschen oder an einer Zusammenarbeit interessiert sind.
