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Combined heat and power production based on renewable aluminium-water reaction

Reduction and oxidation of aluminium offers an affordable solution for long term energy storage. Aluminium can be produced by reduction of alumina in smelter plants based on an electrowinning process that uses renewable electricity. It can be stored loss-free for as long as desired, and used as a “renewable energy carrier” from which heat and power can be produced by oxidation. A combined heat and power production unit based on aluminium as a “renewable fuel” is presented in this paper.


Recalibration of SPN1 pyranometers against pyrheliometer and its relevance for the evaluation of concentrating solar process heat plants

J. Möllenkamp, T. Beikircher, A. Häberle / 2020 / EN

Accurate determination of direct normal irradiance (DNI) is essential for evaluating and monitoring of concentrating solar power (CSP) and solar process heat (SPH) plants. Currently, a bi-axially tracked Pyrheliometer (PHM) is the most accurate measuring device, but requires high maintenance effort and is cost-intensive. As an alternative, the cost-effective pyranometer SPN1 was investigated by comparing highly resolved minute mean DNI measurements of two SPN1 devices to a reference PHM at the Institute for Solar Technology SPF in Rapperswil (Switzerland). To reduce systematic errors, a linear and a quadratic correction function have been applied to four years of measurements. They reduced the root mean square error RMSE from 48.8 W/m² (11.5% of mean PHM DNI = 426 W/m²) to 37.9 W/m² (8.9%) and 29.6 W/m² (6.9%), respectively. It is also shown that even recalibrations based on only one month of data already reduced the RMSE to maximum 33.4 W/m² (7.8%), if conducted between April and September. Considering the impact of solar elevation and DNI range on the SPN1 accuracy by bifurcating the correction functions only resulted in a negligibly small improvement of the RMSE. Finally, the influence of SPN1’s DNI measurement accuracy on the performance analysis of a real SPH plant in Switzerland was evaluated. After recalibration and correction of DNI values, the evaluation of monitoring data yielded annual efficiencies that were 15% and 12% higher in 2014 and 2015, respectively. It is recommended to recalibrate SPN1 devices over a minimum of one month against a PHM according to the methods presented in this paper.

Published in «Solar Energy» #197 (pages 344 – 358)


Solar-ice systems for multi-family buildings: hydraulics and weather data analysis

D. Carbonell, J. Schmidli, D. Philippen, M. Haller / 2019 / EN

Dynamic simulations using the TRNSYS environment were used to assess the potentials of solar-ice systems for multi-family buildings in Switzerland. The goals of this paper were: i) to analyze and quantify the effects of different hydraulics in the primary loop (solar collectors, ice storage and heat pump), ii) to determine the energetic performance of solar-ice systems for multi-family buildings and iii) to assess the influence of the chosen weather data on the system performance. Simulations were carried out for a range of collector areas of 1.5 m²/MWh to 2.5 m²/MWh and for ice storage volumes of 0.4 m³/MWh to 0.6 m³/MWh being MWh the total yearly heat demand. Simulations of eight cities in Switzerland using cold, warm and normal weather data sets from SIA were carried out.

Published in «E3S Web of Conferences» Volume 111 (2019), Article 01013

E3S Link

Fault Inspection of CIGS PV Plant Using Aerial Infrared Thermography

D. Amstad, A.K.V. de Oliveira, A. Häberle, R. Rüther / 2019 / EN

Aerial infrared thermography (aIRT) is an efficient method to detect faults in PV installations. This work investigates the aIRT of a CIGS thin-film PV plant. The inspection of the 1 MWp plant of 1.4 hectares at 20 m altitude took about 12 minutes, plus 30 minutes for analysing the video data. Such an inspection allows the detection of most of the faults in a thin-film PV plant.

Published in «36th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition»
(pages 1573 – 1578)

Editor's Link

OpEEr – Optimising the energy efficiency of buildings through individual room temperature control

I. Mojic and M. Haller / 2019 / EN

In Switzerland, the standard SIA 384/1 (based on SN EN 12828) does not require individual room temperature control for new buildings or very well refurbished buildings with space heating supply temperatures below 30 °C. This is justified by the so-called “self-regulating effect”, which means that when the room temperature increases the heat input into the room is reduced due to the decreasing temperature difference between the hydronic heating system and the room. This study compares the three most common variants for room temperature control using dynamic simulations. The simulations show that the self-regulating effect cannot sufficiently reduce the heat input into the room. In the project, recommendations for building owners and authorities regarding room temperature control were worked out.

Published in «E3S Web of Conferences» Volume 111 (2019), Article 04062

E3S Link

ImmoGap – Analysis of the performance gap of apartment buildings

I. Mojic, M. Lehmann, S. Van Velsen, M. Haller / 2019 / EN

Within the project ImmoGap, the so-called performance gap for multifamily buildings was analysed. It contributes to a better classification and a clearer definition of the term “performance gap”. In principle, the “Performance Gap” is understood as an additional consumption of energy or a failure to meet energy benchmarks. The term “Performance Gap” suggests that a desired service is not provided. This is critical, because there are several reasons why a building consumes more energy than originally planned. In the project, the heating energy consumption of 65 multifamily buildings was compared with the design heating demand according to the Swiss standard SIA 380/1 (based on EN ISO 13790:2008). On average, the heat demand calculated with standard use is exceeded by 44%. Detailed investigations with simulations and measurements show that the additional consumption can largely be explained by the user behaviour regarding shading, ventilation and room temperature, which deviate from the standard.

Published in «E3S Web of Conferences» Volume 111 (2019), Article 04016

E3S Link

Seasonal energy storage in aluminium for 100 percent solar heat and electricity supply

M. Haller, D. Carbonell, M. Dudita, D. Zenhäusern, A. Häberle / 2020 / EN

In this paper, a seasonal energy storage based on the aluminium redox cycle (Al3+→Al→Al3+) is proposed. For charging, electricity from solar or other renewable sources is used to convert aluminium oxide or aluminium hydroxide to elementary aluminium (Al3+→Al). In the discharging process, aluminium is oxidized (Al→Al3+), releasing hydrogen, heat, and aluminium hydroxide or aluminium oxide as a by-product.

Published in «Energy Conversion and Management: X» Volume 3, Article 100017

ScienceDirect Link

Wie vergleicht man ein PVT-System mit einem PV- bzw. einem PV&Solarthermie-System? - Beispiel Pilotanlage Sotchà in Scuol

D. Zenhäusern, A. Baggenstos, C. Vassella, A. Häberle / 2019 / DE

Am Beispiel der Überbauung Sotchà in Scuol, wo drei baugleiche Häuser mit drei unterschiedlichen Solar-Wärmepumpensystemen ausgerüstet wurden, wird gezeigt, wie ein System mit PVT-Kollektoren, ein System mit nur PV und ein System mit PV und Solarthermie side-by-side verglichen werden können. Dies geschieht anhand von Kennzahlen, sogenannten Key Performance Indicators (KPI‘s), welche für die Bewertung von PV-Anlagen und Solarthermieanlagen gängig sind, aber auch mit solchen KPI‘s, welche den Aspekt der kombinierten Erzeugung von Strom und Wärme, wie sie durch PVT-Kollektoren möglich ist, speziell miteinbeziehen.
Symposium Solarthermie und Innovative Wärmesysteme 2019

Extended Hottel-Whillier Models for uncovered PVT collectors

M. Battaglia, D. Zenhäusern, S. Brunold / 2018 / EN

In order to better predict efficiencies of PVT collectors, we extend the standard Hottel-Whillier collector model to collectors with an additional PV layer and distinguishable ambient temperatures at the front and the back side of the collector. The model is then included in a discrete model of a roof-integrated collector field mounted with a ventilated back side. As an example of application of the new model, we analyse the effect of different sizes of the air gap between the collector field and the roof on the efficiency of the PVT collector field.
EuroSun 2018

Heat and power storage using aluminium for low and zero energy buildings

M. Dudita, M. Farchado, A. Englert, D. Carbonell Sanchez, M. Haller / 2019 / EN

A new concept for seasonal energy storage (both heat and power) for low and zero energy buildings based on an aluminium redox cycle (Al→Al3+→Al) is proposed. The discharging phase has been investigated using a laboratory-scale experimental setup. In optimized conditions, heat and hydrogen is reliably produced for all types of aluminium forms (grit, pellets, foil). A high efficiency of the conversion to hydrogen was obtained (>95%). The remaining challenge is to optimize the entire cycle, e.g. the aluminium recovery process via the use of climate-neutral inert electrodes.

Published in «E3S Web of Conferences» Volume 111 (2019), Article 04008

E3S Link

Stratification efficiency of thermal energy storage systems – A new KPI based on dynamic hardware in the loop testing - Part II: Test results

M.Y. Haller, R. Haberl, A. Reber / 2019 / EN

Results from measurements on six solar water storage tanks for space heat and domestic hot water show that the new key perfromance indicator for stratification efficiency of the storage system correlates well with the simulated and emulated electricity demand of a heat pump that is charging the storage. While the stratification efficiency was the decisive factor for the energetic performance of the system, the determined heat losses of the storage system showed no correlation with the overall energetic performance of the system.

Published in «Energy and Buildings» Volume 202, Article 109366

ScienceDirect Link

Fokusstudie «Saisonale Wärmespeicher – Stand der Technik und Ausblick»

M. Haller, F. Ruesch / 2019 / DE
Im Auftrag des Forums Energiespeicher Schweiz (FESS) der AEE Suisse hat das SPF eine Studie erstellt zu heute verfügbaren Techniken und Lösungen für die Saisonale Speicherung von Wärme. Die Studie kann von der Homepage des Forums Energiespeicher Schweiz bezogen werden.

Forum Energiespeicher Schweiz 2019

Editor's Link

Stratification in Large Thermal Storage Tanks

Mattia Battaglia, Michel Haller / 2018 / EN
Thermal storage tanks are important components in both, solar thermal as well as photovoltaic and heat pump systems, because they can bridge the time between production and demand of heat. For low exergy energy sources such as solar thermal collectors, heat pumps, and waste heat recovery, the stratification within the tank is of key importance for the efficiency of the system. In this project, existing recommendations for the design of stratified storages are generalized to any storage size. The deflection relation is identified as a relevant variable. If this deflection relation is less than 0.12 for vertical inlet and less than 0.5 for inlet via an upward or downward elbow pipe pointing towards the top or bottom of the tank, the unintended deflection of the entering fluid stream into local vertical flows is low and an existing storage stratification is effectively maintained.
EuroSun 2018

Elektrische Leistungsbegrenzung für Gebäude – Herausforderungen und Strategien zur Umsetzung

R. Haberl, M. Sattler, F. Sidler, A. Sotnikov, C. Biba, D. Zogg / 2018 / DE
Es wurde das Konzept eines Gebäudes mit einer Begrenzung der elektrischen Bezugs- und Einspeiseleistung auf 16 A je Phase untersucht. Dazu wurde eine Simulationsumgebung aufgebaut, die alle relevanten Komponenten umfasst. Ausgehend von einer Basisvariante wurden Änderungen an Regelung und Komponenten untersucht.
20. BRENET Status-Seminar

Design and construction of a 10 kW sorption heat pump prototype

X. Daguenet-Frick, P. Gantenbein, P. Persdorf, A. Haeberle / 2018 / EN
Based on experimental results gained on a single vacuum chamber 1 kW average cooling power closed adsorption-desorption laboratory test rig, a scale-up to a four chamber 10 kW cooling power demonstrator was carried out. This scaling comprised the water sorbate evaporator and condenser design as well as two combined adsorber/desorber heat and mass transfer units. In this paper, the design of the 10 kW prototype is described and technical decisions that were done as well as component choices are documented.
EuroSun 2018

Hardware-in-the-Loop Tests on Complete Systems with Heat Pumps and PV for the Supply of Heat and Electricity

R. Haberl, A. Reber, E. Bamberger, M. Haller / 2018 / EN

Four «smart control» heat pump heating systems have been tested and evaluated as a whole by detailed measurements in the laboratory with the Concise Cycle Test (CCT). The measurement focused on the capability of the tested systems to deal with solar power in excess to household needs and with different types of energy storage (thermal or electrochemical). Thereby, not only the performance of the tested systems but also the advantages and disadvantages of various key performance factors were analysed.

EuroSun 2018

Deckung des Kälte- und Wärmebedarfs mit thermischer Aktivierung der Fundamentplatte und PVT Kollektoren

I. Mojic, M. Haller, P. Zenhäusern, R. Meier, C. Vassella / 2018 / DE

Für den Neubau der Oblamatik AG in Chur wurde ein schweizweit einzigartiges Heiz- und Kühlkonzept erarbeitet. Die Nutzung der Fundamentplatte als Wärmesenke und Wärmequelle, stellt eine Alternative zu den aktuell gängigen Heizsystemen für Bürobauten dar. Die Regeneration der Fundamentplatte und dem anschliessenden Erdreich, im Winter wie auch im Sommer, wird hauptsächlich über PVT-Kollektoren gewährleistet.

20. BRENET Status-Seminar

Analyse des ersten Betriebsjahres einer solarthermischen Eisspeicher-Heizung mit enteisbaren Wärmetauschern

D. Philippen, D. Carbonell, M. Haller, S. Brunold / 2018 / DE/EN

Im Auftrag der Elektrizitätswerk Jona-Rapperswil AG wurde eine Wärmepumpen-Heizung entworfen und realisiert, welche als innovative Komponente einen Eisspeicher mit enteisbaren Wärmetauschern enthält. Die Heizung soll sowohl in Neubauten als auch in bestehenden Gebäuden eingesetzt werden können. Mit dem Konferenzbeitrag werden Ergebnisse des Energie-Monitorings des ersten Betriebsjahrs vorgestellt.

20. BRENET Status-Seminar

Kosten der Solarthermie in Mehrfamilienhäusern erfolgreich senken

D. Philippen, M. Caflisch, M. Haller, S. Brunold / 2018 / DE

Mit dem Beitrag werden die Ergebnisse einer Studie präsentiert, mit der Kostenreduktionspotenziale solarthermischer Anlagen in der Schweiz untersucht wurden. Der Fokus wurde dabei auf die Wirkung von technologischen Maßnahmen und Neuentwicklungen auf die Kosten gelegt. Für die Kostenschätzungen wurden aktuelle Endkundenpreise für Solarthermieanlagen erhoben und mögliche Kostenreduktionen für diese Anlagen untersucht.

Symposium Solarthermie und innovative Wärmesysteme 2018

Validation of an Ice Storage Model and its Integration into a Solar-Ice System

D. Philippen, M. Battaglia, D. Carbonell, B. Thissen, L. Kunath / 2018 / EN

Ice storages allow the storing of solar heat in a compact volume for the later use as source for a heat pump that provides heat for a building. In the paper a novel ice storage with 2 m3 water volume is described which contains heat exchanger plates for extracting the latent heat. Most of the components of the storage are made of stainless steel ensuring a long service life time. We present a detailed numerical model for heat exchanger plates that was implemented into the system simulation software Polysun.

EuroSun 2018

cpExact - measuring of heat capacity of liquid heat carriers

M.Y. Haller, A. Bohren, A. Reber / 2018 / DE

In this project a calorimeter was built for the measurement of the specific heat cp of heat transfer fluids with a measurement uncertainty of ±0.3 %.
The apparatus will be used for quality assurance at the SPF and is available for measuring fluids of third parties as well. This brings significant advantages for manufacturers and suppliers of heat transfer fluids that can deliver physical properties of their fluids with higher accuracy, for facility operators of large systems that can survey the energy balance of their systems with higher accuracy, and for researchers and developers that may determine more accurately the energy balance of prototype systems that use heat transfer media other than water.

On behalf of the Swiss Federal Office of Energy (SFOE), Solar heat research programme,
Project number SI/500315-03

Seasonal Thermal Energy Storage with Aqueous Sodium Hydroxide – Development and Measurements on the Heat and Mass Exchangers

X. Daguenet-Frick, M. Dudita, L. Omlin, G. Paul / 2018 / EN

A closed sorption Thermal Energy Storage system based on water absorption/desorption in a high-energy density sorbent like sodium hydroxide is developed and tested at HSR-SPF. For the conception of the third generation of heat and mass exchanger using SiC foams, the influence of with different porosity on the sorbent mass uptake and thus on the sorbent residence time in the water vapour is presented.

Published in «Energy Procedia» #155 (pages 286 – 294)


Stratification Efficiency of Thermal Energy Storage Systems – A new KPI based on Dynamic Hardware in the Loop Testing - Part I: Test Procedure

M.Y. Haller, R. Haberl, P. Persdorf, A. Reber / 2018 / EN

A test method is introduced and a key performance indicator for stratification efficiency is defined based on the second law of thermodynamics, i.e. on the entropy balance of the storage system. The laboratory test is based on a 24 hour cycle where realistic and dynamic charging and discharging is applied according to boundary conditions of real weather data of a day in the year. This particular day of the year was chosen because of its representativeness for the effect of stratification on the system performance, such that the annual performance can be derived directly from the performance shown in the 24 h test cycle.

Published in «Energy Procedia» #155 (pages 188 – 208)


Ageing Performance of New Solar Cover Materials after Outdoor Exposure

F. Ruesch, S. Brunold / 2018 / EN

In an outdoor exposure project for solar cover materials, anti-reflex and anti-soiling coated glass and polycarbonate with protective layers where analyzed. Therefore, degradation and soiling effects where quantified by measuring the change in transmittance. For 21 different types of AR coated glass, no relevant transmission losses were observed in a rural environment after seven years of exposure. On the other hand, the effect of soiling resulted in elevated transmission losses of 10-15% at the urban exposure site.

EuroSun 2018

Decentralized DHW production from exhaust air in the bathroom prewall

F. Ruesch, P. Persdorf, D. Hunziker, E. Büchel, M. Haller / 2018 / EN

In urban multifamily houses, decentralized DHW systems using gas or electric boilers are still widely used. Their replacement with renewable energy sources is difficult and generally needs centralized DHW systems with a circulation system that ensures comfort and hygiene at the price of elevated heat losses. A consortium of three academic and one industry partner developed a decentralized DHW system, which uses the residual heat from the exhaust air of a controlled ventilation unit as energy source for a micro heat pump. The entire system, including ventilation unit, heat pump, and storage tank fits into the bathroom prewall and produces hot water for one apartment. This contribution gives an overview of the system and focusses on the development of the flat storage tank that fits into the prewall space of less than 30 cm width.

EuroSun 2018

SolProof - Kompaktheit und Fehlerresistenz von Solaren Heizsystemen auf dem Prüfstand

R. Haberl, A. Reber, D. Carbonell, M.Y. Haller / 2018 / DE

Das Concise Cycle Test (CCT) Verfahren für das Testen von Energieversorgungssystemen nach dem Hardware-in-the-Loop Prinzip wurde gleichzeitig vereinfacht und erweitert: Komplettsysteme für die Wärme- und ggf. Stromversorgung von Einfamilienhäusern können nun in einem dynamischen, 6-tägigen Prüfzyklus gemessen und deren Kompaktheit und Fehlerresistenz bewertet werden. Exemplarisch wurden vier verschiedene Komplettsysteme getestet und die Anwendbarkeit der Methode an verschiedenen Systemkonzepten demonstriert.

Im Auftrag des Bundesamt für Energie, Forschungsprogramm Solarwärme
Projektnummer SE/501234-01

Numerical and experimental evaluation of ice storages with ice on capillary mat heat exchangers for solar-ice systems

D. Carbonell, M. Battaglia, D. Philippen, M.Y. Haller / 2018 / EN

Four capillary mat heat exchangers set-ups have been experimentally evaluated using two volume flow rates and several testing sequences, i.e. sensible and cooling, icing and melting. An ice storage model with capillary mat heat exchangers able to consider the solidification of ice for asymmetric tube configurations has been developed and validated with the experiments. The model showed good results with root mean square (RMS) energy differences around 2 % for sensible heating and cooling and was able to predict the solidification of ice well for both symmetric and non-symmetric configurations with energy RMS differences of 6 %.

Published in «International Journal of Refrigeration» #88 (pages 383 – 401)


Cost-Energetic Analyses of Ice Storage Heat Exchangers in Solar-Ice Systems

D. Carbonell, D. Philippen, M. Battaglia, M.Y. Haller / 2017 / EN

The aim of the present paper is to analyze flat plates (FP) and capillary mats (CM) heat exchangers for solar-ice systems. The optimum heat exchanger area needed in the ice storage is based on energetic transient system simulations and on cost indicators. Solar-ice systems using ice storage volumes from 2 to 5 m³ and selective uncovered collectors with 15 to 25 m² in the city of Zurich were able to achieve system performance factors SPFSHP+ ranging from 3.5 to 6 with both CM and FP in a single family house with 10 MWh yearly heating demand.
Considering the cost of the system, only simulations with CM were able to achieve lower heat generation cost than that of a ground source heat pump (GSHP) with even higher SPFSHP+ (an SPFSHP+ of 4 was assumed for GSHP).
For example a system with a collector area of 15 m² and 5 m³ of ice storage volume can reach heat generation cost of 29 Rp./kWh, 0.5 Rp./kWh below the GSHP average reference cost, with an increase of SPFSHP+ of 20 % respect to the GSHP system.

SWC 2017 & SHC 2017


Closed Sorption Seasonal Thermal Energy Storage with Aqueous Sodium Hydroxide

M. Dudita, X. Daguenet-Frick, P. Gantenbein / 2017 / EN

A closed sorption heat storage that can be charged in summer with heat from solar thermal collectors or with electricity from photovoltaic modules is developed at SPF. Optimization of the reaction zone unit was done by modifying the surface chemistry, use of structured surfaces and ceramic foams to enhance the heat transfer and reduce the size of absorber unit. The experiments have indicated that the selected ceramic foam has a good wetting behaviour with the sorbent and it increases the residence time by at least 30 %, thus the exchanged power.

Published in «Springer Proceedings in Energy – Nearly Zero Energy Communities»
(pages 239 – 246)


Raumkühlung mit einer PV getriebenen Kompressor Kühlmaschine und hohem Eigenstromverbrauch

P. Gantenbein, L. Omlin, D. Notter / 2017 / DE

PV elektrische Energie kann im Eigenverbrauch zur Kühlung von Gebäuden genutzt werden und entlastet damit das öffentliche Stromnetz. Das im Labor aufgebaute Kühlsystem mit einer maximalen Kühlleistung von 8 kW wurde prioritär mit Energie aus einem 15 m2 PV-Feld betrieben. Durch die Kopplung an das öffentliche Netz kann jedoch bei Bedarf elektrische Energie bezogen oder, bei Überangebot, PV-Strom eingespeist werden.

OTTI – 32. Symposium Photovoltaische Solarenergie

Cooling power determination by measuring the adsorbed vapor mass variations: comparison of mass adsorption cooling power correlation and external fluid loop power measurement

P. Gantenbein, X. Daguenet-Frick, F. Bont, P. Persdorf, D. Notter / 2017 / EN

The cooling power of a closed solid sorbent – vapor/liquid sorbate system is depending on the thermo-physical properties of the material combination sorbent – sorbate and of the external heat sources and sinks. Beside the afore mentioned conditions, the geometrical structure of the sorbent - vapor flow configuration and the heat transfer in both the sorbent arrangement to a heat exchanger and in the liquid sorbate container are dominating power determining design requirements. A single vacuum chamber adsorption-desorption facility was designed and setup and measurements were performed.

ISHPC 2017

Adsorption heat pump upscaling from 1 kW to 10 kW of cooling power: experimental based modelling

X. Daguenet-Frick, Y. Moullet, P. Gantenbein, P. Persdorf, D. Notter / 2017 / EN

The cooling power of a closed adsorption system is depending on the thermo-physical properties of the material combination sorbent – sorbate. The temperature levels and the mass flow rate of the external heat sources and sinks has to be adapted. Based on experimental results of a 1 kW average cooling power adsorption-desorption test setup using silica gel beads placed in a lamella-tube all-aluminum heat exchanger, a scale-up to 10 kW is proposed, planned and built.

ISHPC 2017

Seasonal thermochemical energy storage: Comparison of the experimental results with the modelling of the falling film tube bundle heat and mass exchanger unit

X. Daguenet-Frick, P. Gantenbein, J. Müller, B. Fumey, R. Weber / 2017 / EN

This paper focuses on the assessment of a heat and mass exchanger dedicated to an absorption/desorption seasonal thermal energy storage system. The closed sorption heat storage based on water vapour absorption in aqueous sodium hydroxide (NaOH-H2O) solution theoretically achieves a significantly higher volumetric energy density compared to conventional hot water storage systems. To this purpose, a prototype designed for a power output of 10 kW was built and operated in both absorption and desorption mode under steady state boundary conditions.

Published in «Renewable Energy» #110 (pages 162 – 173)


Accelerated aging tests of absorber coatings used in unglazed metallic collectors

M. Dudita, S. Brunold, B. Thissen, D. Zenhäusern, A. Häberle / 2017 / EN

During the expected minimum life span of 20 years, the absorber coating of unglazed solar thermal collectors (USTC) is directly exposed to different stresses like heat, rain and ice. Thus, accelerated lifetime testing of absorber coatings should be performed to estimate their expected service life. However, there is no standard procedure available. Existing tests (ISO 22975-3) are designed for absorbers used in glazed solar collectors, where the degradation loads are very different. With increasing application possibilities for unglazed metallic solar collectors (e.g. ground heat source regeneration), there is a need for the quality certification of (new) absorber coatings. Durability assessment of seven types of spectrally selective absorber coatings for USTC is performed at SPF.

SWC 2017 & SHC 2017


PVT Wrap-Up: Energy Systems with Photovoltaic-Thermal Solar Collectors

D. Zenhäusern, E. Bamberger, A. Baggenstos, A. Häberle / 2017 / EN

A review study on PVT was carried out, focusing on three main aspects: 1) Technology : different types of collectors, different ways of integrating PVT into energy systems, energetic yields of different system configurations, 2) Market overview : PVT industry, available products, principle fields of application, 3) Experiences : experiences from 7 pilot plants with collector areas between 50 m² and 3500 m², additional PVT plants in operation, points of view of different actors involved in the planning, construction and operation of PVT systems. This article presents the key outcomes of the study.

SWC 2017 & SHC 2017

Eisspeicher in der Forschung und im praktischen Einsatz (in English)

D. Philippen, D. Carbonell, M. Battaglia, M. Haller / 2017 / EN

Mit dem Konferenzbeitrag wird ein Überblick gegeben zu Einsatz und Vorteilen von Solar-Eisspeicher-Heizungen und verschiedener Eisspeicher-Wärmetauscher. Der Effekt der Grösse von Kollektorfeld und Eisspeicher auf die System-Jahresarbeitszahl wird untersucht und eine Feldanlage mit einem Eisspeicher mit 210 m³ Volumen vorgestellt.

23. Tagung des BFE-Forschungsprogramms

Solar Irradiance Measurements for the Monitoring and Evaluation of Concentrating Systems

M. Battaglia, J. Möllenkamp, M.H. Rittmann-Frank, A. Häberle / 2017 / EN

Precise solar radiation measurements are essential for the monitoring and the evaluation of concentrating solar systems. In this paper the quality of irradiance measurements from the low cost systems SPN1 and Rotating Shadowband Irradiometer (RSI) are compared to reference measurements from a Pyrheliometer, a Pyranometer and a Shadow Ring Pyranometer. The investigation is based on data of nearly one year and focuses mainly on deviations regarding the Direct Normal Irradiance (DNI). Furthermore, estimations for the expected errors are given.

SolarPACES 2017

Increased self-consumption and grid flexibility of PV and heat pump systems with thermal and electrical storage

M. Battaglia, R. Haberl, E. Bamberger, M. Haller / 2017 / EN

The growing share of solar and wind energy sources requires increased efforts to ensure stability of the electrical grid and reliability of energy supply. Photovoltaic (PV) systems in combination with heat pumps (HP), local thermal (TES) and electrical energy storage offer the possibility to achieve higher PV self-consumption or services for stabilizing the electricity grid. Different system designs and control options are analyzed in the laboratory as well as with system simulations (TRNSYS). The results are discussed with respect to the economical boundary conditions defined by the electricity market prices.

Published in «Energy Procedia» #135 (pages 358 – 366)


Steigerung des Photovoltaik-Eigenverbrauchs durch intelligente Wärmepumpen

M. Haller, M. Battaglia, R. Haberl, A. Reber, E. Bamberger, M. Borner / 2017 / DE

Es wird aufgezeigt, wie eigenverbrauchsoptimierte PV-Wärmepumpensysteme im Prüfstand vermessen und charakterisiert werden können, und was mit solchen Systemen heute und in naher Zukunft erreicht werden kann. Es werden thermische und elektrische Energiespeicher miteinander verglichen und die Auswirkung der Speicherbewirtschaftung auf die entsprechenden Energiekennzahlen thematisiert.

23. Tagung des BFE-Forschungsprogramms

Evaluation of Solar Process Heat Systems in Switzerland

M. Rittmann-Frank, J. Möllenkamp, A. Häberle, M. Caflisch / 2017 / EN

Since 2011 several solar thermal installations have been installed in Switzerland for the supply of industrial process heat, from which a selection is monitored by the SPF Institute for Solar Technology. In this article the focus lies on a technical and economical evaluation of three solar process heat plants with concentrating parabolic trough collectors providing heat to Swiss dairies. Each plant is at a different location, has different dimensions and operates at different temperatures, ranging from 117 °C up to 180 °C. This evaluation presents the overall performance of these solar process heat systems and compares them to the expectations and summarizes experiences made during operation in order to help planning and designing of future plants.

SolarPACES 2017

Solar Education Tools for Romanian and Swiss Scouts

M. Dudita, C. Maissen, N. Shahor, F. Flückiger, A. Häberle / 2017 / EN

Different solar education tools are developed by students from University of Applied Sciences Rapperswil (CH) and Transilvania University of Brasov (RO) for training Scouts members. The solar energy conversion into heat and/or electricity is explained into a creative and attractive way to children aging 12 to 24 years old. The training instruments are tested locally in St. Gallen (CH) and in Brasov (RO). Some mobile solar educational tools are included in the training activities from RoJAM 2.0 17 from Brasov (RO), a Scout conference where more than 1500 children and youth are learning about ways to use the solar energy and develop sustainable communities.

CSE 2017

Bedeutung und Gewährleistung einer korrekten insitu Ermittlung der Direktstrahlung in Kollektorebene für konzentrierende solare Prozesswärmesysteme

J. Möllenkamp, T. Beikircher, M.H. Rittmann-Frank, M. Battaglia, A. Häberle / 2017 / DE

Eine korrekte Direktstrahlungsmessung in Kollektorebene ist für die Evaluierung von konzentrierenden solaren Prozesswärmeanlagen von grosser Bedeutung. In diesem Beitrag wird aufgezeigt, wie der Wirkungsgrad einer realen solaren Prozesswärmeanlage mit Parabolrinnen ohne eine Korrektur der insitu bestimmen Direktstrahlung mit einem SPN1 Pyranometer unterschätzt wird.

27. Symposium Thermische Solarenergie

Comparison of thermal losses due to heating-up of system components in two solar process heat plants with parabolic trough collectors

J. Möllenkamp, T. Beikircher, M.H. Rittmann-Frank, A. Häberle, A. Häberle / 2017 / EN

The work focuses on experimental analysis of two solar process heat plants with parabolic trough collectors quantifying daily and monthly inner energy ΔU required to heat-up heat transfer fluid and piping system and comparing it to useful solar energy gains Q_use. Both plants analyzed provide solar heat for dairies and are located in northwest (Saignelégier) and southeast (Bever) of Switzerland. They operate at different collector temperatures (120 °C/190 °C) and differ in size (627 m²/115 m²), integration concept (hot water/steam) and type of heat transfer medium (water-glycol/thermal-oil).

SWC 2017 & SHC 2017

Techno-ökonomische Untersuchung von solarthermischen Prozesswärmeanlagen in der Schweiz

M.H. Rittmann-Frank, J. Möllenkamp, M. Caflisch, A. Häberle / 2017 / DE

Seit 2011 wurden in der Schweiz einige Solarthermische Anlagen für die Bereitstellung von industrieller Wärme, von denen eine Auswahl im Rahmen eines vom Bundesamt für Energie finanzierten Projektes begleitet werden.

27. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Potential and limitations of using low-temperature district heating and cooling networks for direct cooling of buildings

F. Ruesch, M. Haller / 2017 / EN

Low temperature district heating networks connect residential buildings with heat demand to commercial buildings with elevated cooling demand. Energy is transported in water bearing pipes at a low temperature level and stored in seasonal borehole storages. The potential of such networks for the direct or free cooling of buildings is analyzed. 

Published in "Energy Procedia" #122 (pages 1099 – 1104)


PVT Wrap-Up: Energiesysteme mit Photovoltaisch-Thermischen Solarkollektoren

D. Zenhäusern, E. Bamberger und A. Baggenstos / 2017 / DE, EN

Im Auftrag von EnergieSchweiz wurde eine Übersichtsstudie zu PVT-Kollektoren durchgeführt. Die Kernthemen waren: 1) PVT-Technologie: unterschiedliche Bauarten von PVT-Kollektoren, verschiedene Systemeinbindungen, Energieerträge für unterschiedliche Systemkonfigurationen, 2) Marktübersicht: verfügbare Produkte, wichtigste Einsatzbereiche, aktuelle Grösse und Struktur des PVT-Marktes, 3) Erfahrungen mit realisierten PVT-Anlagen: sieben öffentlich unterstützte Pilot- und Demonstrationsprojekte, weitere realisierte Anlagen, Einschätzungen der involvierten Akteure (Hersteller, Fachplaner, Installateure).

Herausgegeben von EnergieSchweiz

Experimental investigations of heat exchangers in ice storages for combined solar and heat pump systems

D. Carbonell, M. Granzotto, M. Battaglia, D. Philippen, M.Y. Haller / 2016 / EN

In the present paper different heat exchangers designed to be installed into an ice storage for solar and heat pump heating applications are experimentally investigated. Analyzed heat exchangers are capillary mats and flat plate types. For each heat exchanger, different designs, materials and number of heat exchanger units are evaluated using two different mass flows.

EuroSun 2016

Seasonal Thermal Energy Storage with Aqueous Sodium Hydroxide – Experimental Methods for Increasing the Heat and Mass Transfer by Improving Surface Wetting

M. Dudita, X. Daguenet-Frick, P. Gantenbein / 2016 / EN

Using thermochemical storage based on water absorption/desorption in a fluid with high volumetric energy density like sodium hydroxide solution (NaOH-H2O) is an effective method for developing seasonal thermal energy storage. For the desorption process step which takes place in summer, a high renewable energy fraction can be reached by using solar thermal collectors. The system efficiency is influenced by the residence time of concentrated NaOH in the water vapor and the surface wetting behavior of the heat and mass transfer unit. This strongly depends on the solid surface characteristics and on the thermo-physical properties of sodium hydroxide, especially the high surface tension of the concentrated NaOH solution from the absorption process. An improved wetting of the concentrated NaOH was achieved by modifying liquid’s properties (e.g. surface tension) or by changing the solid surface structure and chemistry.

EuroSun 2016

Horizontal Inlets of Water Storage Tanks With Low Disturbance of Stratification

C. Gwerder, L. Lötscher, et al. / 2016 / EN

This work presents computational fluid dynamics (CFD) simulations of direct horizontal inlets at midheight of a typical solar combi-storage of about 800 L volume. Different inlet diffusor designs were simulated, and laboratory measurements were used to validate CFD experiments. Recommendations for the design and maximum fluid velocity of horizontal inlets are presented.

Published in "Journal of Solar Energy Engineering" #138 (pages 051011 – 051019)


Simulation of a solar-ice system for heating applications. System validation with one-year of monitoring data

D. Carbonell, D. Philippen, M. Granzotto, M.Y. Haller / 2016 / EN

In the present paper a dynamic system simulation for a combined solar thermal and heat pump system including an ice storage is presented. The simulated system was validated with one-year measurements from a pilot plant situated in Rapperswil-Jona, Switzerland. The system is installed in an old kindergarten with a yearly heating demand of around 35 MWh and a high temperature hydronic heat distribution system (radiators). The pilot plant is composed of 50 m² of covered and 14 m² of uncovered collectors, both with selective coating; a heat pump of 17 kW, a sensible storage of 3.5 m³ and an ice storage of 75 m³. The monitored yearly system performance factor was 4.6.

Published in "Energy and Buildings" #127 (pages 846 – 858)


Seasonal solar thermal energy absorption storage with aqueous sodium hydroxide sorbent and vapour sorbate

P. Gantenbein, X. Daguenet-Frick, M. Rommel, B. Fumey, R. Weber, K. Goonesekera, T. Williamson / 2016 / EN

The presented work focuses on the development of heat and mass exchangers from a sodium lye based TCM storage system. The key components for charging and discharging are the absorption-desorption unit and the required evaporation-condensation unit. In this paper, the development process, the set-up and measurement results are shown and an outlook for further work is given.

Gleisdorf SOLAR 2016

Die thermische Schichtung von Kombi-Wärmespeichern ist messbar ‒ ein Weg zur Zertifizierung der Schichtungseffizienz

R. Haberl, R. Waser, M.Y. Haller / 2016 / DE

Am SPF wurde eine Methode zur Messung der Schichtungseffizienz von Kombispeichern entwickelt. Die mit dieser Methode erzielten Ergebnisse zeigen einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der Schichtungseffizienz und dem elektirschen Energiebedarf einer Wärmepumpe. Es zeigt sich, dass in der Kombination mit Wärmepumpen die Schichtungseffizienz deutlich entscheidender für den el. Energiebedarf ist als es die Wärmeverluste sind. Um den Herstellern einen unabhängigen Ausweis über die Schichtungseffizienz in die Hand zu geben werden die Resultate in sogenannten Factsheets veröffentlicht. Wegen der grossen Bedeutung schlägt das SPF desweiteren vor, die Methode in die Europäische Normierung mit aufzunehmen.

26. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Geothermische Abkühlung in Städten ‒ verschiedene Regenerationsmethoden im Vergleich

P. Persdorf, F. Ruesch, M.Y. Haller / 2016 / DE

In der Simulationsstudie RegenOpt wurde die Langzeitauskühlung von Erdwärmesonden (EWS) im Kontext einer städtischen Geothermienutzung mit möglichen Varianten zur Regeneration untersucht. Bei den Berechnungen wurde eine stärkere Auskühlung, durch den Einfluss von Nachbarsonden, über eine neu eingeführte Nachbar G-Funktion berücksichtigt. Um eine zu starke Auskühlung zu kompensieren wurden die EWS mittels Geocooling, Luftwärmetauscher oder Solarkollektoren bzw. Absorbern regeneriert. Aber auch die einfache Verlängerung der EWS ohne aktive Regeneration wurde betrachtet. Das EWS-Feld wurde für jede Simulationsvariante so ausgelegt, dass der Betrieb über 50 Jahre ohne Vereisung gewährleistet werden kann. Der energetische und wirtschaftliche Vergleich, anhand der Systemsimulationen zeigt, dass Regeneration immer besser ist als nur längere Sonden zu bohren.

26. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

P&D Projekt Oberfeld ‒ Monitoring einer PVT Grossanlage ‒ Ergebnisse aus dem ersten Betriebsjahr 2015

Baggenstos Aleksis / 2016 / DE

Die Energieanlage der Wohnsiedlung Oberfeld in Ostermundigen versorgt die Gebäude mit Strom und Wärme. Das Gesamtkonzept verbindet solare Gewinnung von Wärme und Strom mittels PVT Solarkollektoren mit der saisonalen Wärmespeicherung in Erdwärmesonden. Der Betrieb der Energieanlage Oberfeld wird mittels einer Messinstallation überwacht. Die Datenauswertung des ersten Betriebsjahres, August 2014 bis Juli 2015, zeigt dass die vollständige Regeneration des Erdwärmesonden Feldes durch die sommerliche Wärme der PVT Solaranlage möglich ist.

26. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Evaluation Solarer Prozesswärmesysteme in der Schweiz

M.H. Rittmann-Frank, J. Möllenkamp, M. Caflisch, M. Rommel, M., S. Minder / 2016 / DE

Im Rahmen des vom Bundesamt für Energie finanzierten Projektes werden sechs in der Schweiz betriebene Anlagen zur Bereitstellung von Prozesswärme evaluiert. Dabei ist es wichtig, die bisherigen Erfahrungen in der Planungs- und Integrationsphase sowie im laufenden Betrieb zusammenzutragen um daraus Empfehlungen abzuleiten.

26. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Methode zur Quantifizierung der Blendung durch Solaranlagen ‒ Vergleich mit anderen Materialien der Gebäudehülle

F. Ruesch, M. Battaglia, S. Brunold / 2016 / DE

Bei der Beurteilung von Blendung durch reflektiertes Licht an Solaranlagen wird die Streuung meist nicht oder nur stark vereinfacht berücksichtigt. In diesem Beitrag werden Messungen zur Streuung des reflektierten Lichtes an Solargläsern und anderen Materialien der Gebäudehülle vorgestellt. Diese werden zur Berechnung unterschiedlicher Indizes zur Beurteilung von Blendung verwendet und miteinander verglichen.

26. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Vergleich der Testmethoden für Wärmespeicher

O. Türk, A. Brunner, A. Bohren, M.Y. Haller / 2016 / DE

Seit 26. Septermber 2015 gelten in der EU neue Verordnungen für die Kennzeichnung von Heizungen und Warmwassergeräten. Für das Energielabel eines Speichers werden nur die Wärmeverluste des Speicher benötigt. Zur Bestimmung der Wärmeverluste stehen verschiedene europäische Normen zur Verfügung. In diesem Beitrag untersuchen wir, wie die Resultate der Speicherwärmevermessung abhängig sind von der Wahl des Verfahrens, und ob die Resultate repräsantativ sind für die tatsächliche zu erwartenden Verluste von Kombispeicher im realitätnahen Betrieb.

26. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Modeling of an ice storage buried in the ground for solar heating applications. Validations with one year of monitored data from a pilot plant

D. Carbonell, D. Philippen, M.Y. Haller, S. Brunold / 2016 / EN

A mathematical model for an ice storage buried in the ground is presented and validated with experimental results of one full operation year of a pilot plant with a 75 m3 ice storage. The ice storage was designed with heat exchangers that can be de-iced and it was developed for heating applications using a combined solar thermal and heat pump system. Because of the inherent coupling between the ice storage and the ground, a ground model was developed and coupled with the ice storage for the validation.

Published in "Solar Energy" #125 (pages 398 – 414)


Development of a numerical model for the reaction zone design of an aqueous sodium hydroxide seasonal thermal energy storage

X. Daguenet-Frick, P. Gantenbein, E. Frank, B. Fumey, R. Weber / 2015 / EN

This paper describes a thermochemical seasonal storage with emphasis on the development of a reaction zone for an absorption/desorption unit. The heat and mass exchange is modelled and the design of a suitable reaction zone is explained. A tube bundle concept is presented for the heat and mass exchangers and the most demanding working conditions they should fulfil are modelled and discussed. To estimate the performance of such a reaction zone and to design it, numerical models were developed and are described in this paper. Several parameters influencing these models were tested such as the sensitivity of the models to the correlation used to calculate the heat and mass exchanges, the tube diameter and the tube pitch influence. The final contribution of the tube bundle modelling is to size and design the heat and mass exchanger constituting the reaction zone. This work will be used as a basis for the reaction zone construction of an aqueous sodium hydroxide seasonal thermal energy storage prototype.

Published in "Solar Energy" #121 (pages 17 – 30)


Seasonal thermal energy storage with aqueous sodium hydroxide ‒ experimental assessments of the heat and mass exchanger unit

X. Daguenet-Frick, P. Gantenbein, E. Frank, B. Fumey, R. Weber, K. Goonesekera / 2015 / EN

Closed sorption heat storage based on water vapor sorption in aqueous sodium hydroxide (NaOH-H₂O) solution theoretically allows to reach a significantly higher volumetric energy density compared to sensible thermal storage systems. In the present work, the heat and mass exchangers of an absorption/desorption concept will be highlighted and investigated, focusing on the experimental assessment.

SHC 2015

Seasonal Solar Thermal Absorption Energy Storage Development

X. Daguenet-Frick, P. Gantenbein, M. Rommel, B. Fumey, R. Weber, K. Goonesekera, T. Williamson / 2015 / EN

This article describes a thermochemical seasonal storage with emphasis on the development of a reaction zone for an absorption/desorption unit. The heat and mass exchanges are modelled and the design of a suitable reaction zone is explained. A tube bundle concept is retained for the heat and mass exchangers and the units are manufactured and commissioned. Furthermore, experimental results of both absorption and desorption processes are presented and the exchanged power is compared to the results of the simulations.

Published in "Chimia" #69 (pages 784 – 788)


Modeling of an ice storage based on a de-icing concept for solar heating applications

D. Carbonell, D. Philippen, M.Y. Haller, E. Frank / 2015 / EN

The development and validation of a mathematical model of an ice storage tank with heat exchangers that can be de-iced is presented. The ice storage tank model is developed for a solar-ice system, i.e. a system that combines solar thermal collectors with a heat pump to provide space heating and domestic hot water.

Published in "Solar Energy" #121 (pages 2 – 16)


Durability of aluminium based solar selective absorbers under condensed water

M. Dudita, L. Omlin, F. Ruesch, P. Gantenbein, S. Brunold, A. Duta / 2015 / EN

The performance and durability of eight types of modern aluminum based solar selective absorber coatings was studied. The combined effect of high humidity (95 % RH), condensation and temperature (40 °C and 60 °C) was assessed. Optical, microstructural and elemental composition modifications after ageing were studied using FTIR spectrometry (Bruker IFS66), transmission electron microscopy (TEM, FEI Talos F200X) coupled with energy dispersive X-ray spectrometry. The study has shown that for the tested absorber surfaces, the predominant degradation process is not the formation of aluminum hydroxide, but the reduction of the antireflective layer thickness.


New Generation of a highly compact Solar Heat Pump System with boosted Energetic Efficiency

I. Mojic, M.Y. Haller, A. Heinz, F. Hengel, B. Thissen / 2015 / EN

In this work a new highly compact solar thermal heat pump system for space heating and domestic hot water preparation will be presented in detail. It was developed within the European project "MacSheep". The aim of the project is to build four different solar heat pump systems, which achieve 25 % electric energy savings compared to the state of the art solar heat pump heating systems, while still being cost-competitive.


Pumping Power prediction in Low Temperaure District Heating Networks

F. Ruesch, M. Rommel, J. Scherer / 2015 / EN

Low temperature district heating networks connect residential buildings with heat demand to commercial buildings with elevated cooling demand. Energy is transported in water bearing pipes at a low temperature level and stored in seasonal borehole storages. The pumping effort was modelled and compared to measured data from a network in Zürich.


Untersuchung und Evaluierung eines Parabolrinnenkollektorfeldes für Prozesswärme in einer Schweizer Molkerei

J. Möllenkamp, H. Marty, M. Rommel, E. Frank, M.H. Rittmann-Frank, S. Minder / 2015 / DE

Das SPF untersucht Betriebsverhalten von Prozesswärme-Solaranlagen, die in den letzten Jahren in der Schweiz installiert wurden. In diesem Beitrag werden neue Ergebnisse über die Erträge der Parabolrinnenkollektoranlage in Saignelégier eines gesamten Betriebsjahres anhand von Messdaten gezeigt. Insbesondere werden die Strahlungsverlustmechanismen durch Reihenverschattung, Endverluste und den Incident Angle Modifier ausführlich analysiert.

25. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

P&D Projekt Oberfeld ‒ Monitoring einer PVT Grossanlage ‒ Ergebnisse aus der ersten Heizperiode

A. Baggenstos, M. Larcher, S. Brunold / 2015 / DE

Vorstellung des Pilot und Demonstrationsprojektes Oberfeld. In diesem Projekt wird die Wärmeversorgung der Überbauung Oberfeld mit einem Monitoringsystem ausgestattet und genau untersucht. Im Konferenz Paper werden die Untersuchungsschwerpunkte, die Tätigkeiten und erste Messergebnisse im Rahmen des Monitorings aufgezeigt.

25. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Durability of solar selective absorbers under condensation test

M. Dudita, S. Brunold, F. Ruesch, L. Omlin, P. Gantenbein, L. Marot, A. Kaufmann / 2015 / EN

The paper focuses on the performance and durability of modern aluminium based solar thermal absorbers. The effect of high humidity and condensation was studied using optical and microstructure investigation (UV-Vis-IR spectroscopy and photo-electron spectroscopy, XPS) after different time intervals.

25. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Thermische und elektrische Charakterisierung von unabgedeckten PVT-Kollektoren

D. Zenhäusern, A. Bohren, M. Rommel, S. Dittmann, T. Friesen, F. Frontini / 2015 / DE

In diesem Beitrag wird eine einfache Erweiterung des bei thermischen Kollektoren standardmässig angewandten Hottel-Whillier Modells für unabgedeckte PVTKollektoren präsentiert. Das Modell erlaubt die Identifizierung neuer PVT-spezifischer Parameter, welche eine gute Abbildung der PV-Zelltemperatur ermöglichen. Die Parameter können ohne grossen Mehraufwand durch Messung der Zelltemperatur (via Messung der Leerlaufspannung) während der thermischen Prüfung bestimmt werden. Zur Validierung des Modells und der Bestimmung der entsprechenden Parameter wurden Indoor- und Outdoormessungen an einem unabgedeckten PVT-Kollektor durchgeführt.

25. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Experimentelle Untersuchung der Schichtungseffizienz ‒ Kombispeicher auf dem Prüfstand

R. Haberl, A. Reber, P. Persdorf, M.Y. Haller / 2015 / DE

Im Projekt StorEx wurden 6 verschiedene Kombispeicher unter verschiedenen Rahmenbedingungen auf deren Schichtunseffizienz hin geprüft. Die Messungen zeigen, dass die neue Methode verlässliche, reproduzierbare und aussagekräftige Resultate innerhalb kurzer Zeit liefert. Unter anderem konnte ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Schichtungseffizienz eines Kombispeichers und dem Berdarf an elektrischer Energie einer Wärmepumpe gezeigt werden.

25. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Experimentelle Untersuchung der Schichtungseffizienz ‒ Entwicklung einer Testmethode

P. Persdorf, R. Haberl, A. Reber, M.Y. Haller / 2015 / DE

Im Rahmen des Projektes StorEx wurde ein Verfahren zur Beurteilung der Schichtungseffizienz von Kombispeichern entwickelt. Die Testmethode basiert auf der Auswertung der Entropieproduktion in einem 24-stündigen Prüfzyklus. Damit ist erstmals eine Bewertung von Speichern und deren hydraulischer Einbindung möglich. Im Beitrag wird das Testprofil sowie das Verfahren zur Simulation und Emulation der Wärmequellen und -senken vorgestellt.

25. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Blendung von Solaranlagen ‒ Übersicht zur aktuellen Rechtslage

A. Bohren / 2015 / DE

Übersicht über die aktuelle Rechtsprechung bezüglich der Blendung von Solaranlagen. Erste Ansätze zu einer neutralen Bewertung der Blendwirkung sind mittlerweile verfügbar. Der Vergleich mit ähnlichen Produkten zeigt allerdings, dass man bis auf weiteres von einer ungleichen Behandlung bei Solaranlagen ausgehen muss.

25. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Systemauslegung und Ökobilanzierung von Solarthermie-Wärmepumpen-Heizungen mit Eisspeichern und Abwasser-Wärmerückgewinnung

D. Philippen, D. Zenhäusern, D. Carbonell, M. Granzotto, M. Haller, S. Brunold / 2015 / DE

Anhand eines spezifischen Heizungskonzepts wird untersucht, wie die Systemeffizienz von solarthermischen Wärmepumpenheizungen mit Eisspeicher und optional mit Abwasser-Wärmerückgewinnung von den Komponentengrößen abhängt. Als Effizienzziel werden die System-Jahresarbeitszahl und die Minimierung der Umweltwirkung über die gesamte Lebensdauer der Heizung betrachtet.

25. OTTI Symposium Thermische Solarenergie

Seasonal Thermal Energy Storage with Aqueous Sodium Hydroxide ‒ Reaction Zone Development, Manufacturing and First Experimental Assessments

X. Daguenet-Frick, P. Gantenbein, E. Frank, B. Fumey, R. Weber, T. Williamson / 2014 / EN

Seasonal storage using sensible thermal energy in materials (usually water) has two main disadvantages: comparably high thermal losses and a low volumetric energy density. A process involving absorption and desorption could be a solution to improve both aspects. In this paper, the theoretical and experimental investigation of the reaction zone construction of an absorption/desorption concept with sodium hydroxide (NaOH) and water is described. Both heat and mass exchangers constituting this reaction zone are falling film tube bundles working under reduced pressure (evacuated container). Preliminary experimental assessments showing the proper working of the reaction zone are presented.

EuroSun 2014

Impact of Small Weather Data Time Steps on the Simulation of Solar and Heat Pump Systems

M. Granzotto, D. Chèze, M.Y. Haller / 2014 / EN

For the simulation of solar thermal systems mainly hourly based weather data are used today. The question arises whether short term fluctuations of e.g. solar irradiation that may be present in measured weather data with smaller time resolution has an impact on the result of solar thermal system simulations. To study the influence of weather data time resolutions, different systems that combine solar collectors and heat pumps were simulated with different weathr data time resolution in TRNSYS17.

EuroSun 2014

Simulation of Combined Solar Thermal, Heat Pump, Ice Storage and Waste Water Heat Recovery Systems. Design Criteria and Parametric Studies

D. Carbonell, D. Philippen, M. Granzotto, M.Y. Haller, E. Frank / 2014 / EN

The combination of solar thermal systems with heat pumps, ice storage and waste water heat recovery is analysed by means of transient system simulations. Simulations presented here show that uncovered collectors perform better than covered collectors except for large sized systems where auxiliary electrical back-up is not necessary. Waste water heat recovery systems are found to significantly increase the system performance.

EuroSun 2014

Disturbance of Stratification Caused by Direct Horizontal Inlets into a Water Storage Tank

M.Y. Haller, I. Mojic, et al. / 2014 / EN

The stratification efficiency of direct combi-storage inlets has a decisive influence on the energetic efficiency of solar thermal systems and even more of heat pumps that are connected to combi-storages. In this work, the effect of different geometrical designs and mass flow rates on stratification of the storage is studied for direct storage inlets with computational fluid dynamics. Selected experiments are validated with laboratory tests.

EuroSun 2014

Hardware in the Loop Tests on Eleven Solar and Heat Pump Heating Systems

R. Haberl, M.Y. Haller, E. Frank / 2014 / EN

Eleven heating systems that combine combistores with solar thermal collectors and heat pumps have been tested and evaluated as a whole by detailed measurements in the laboratory with the Concise Cycle Test (CCT). The tests gave important insights into the behavior and the performance of these heating systems under transient operating conditions. One of the core findings is that the hydraulics and control strategy have a big influence on the temperature level of the heat pump condenser – and therefore also on the exergetic performance and the performance factor of the systems.

EuroSun 2014

Potential Benefit of Combining Heat Pumps with Solar Thermal for Heating and Domestic Hot Water Preparation

D. Carbonell, M.Y. Haller, E. Frank / 2014 / EN

In this work, the combination of solar thermal systems with heat pumps has been numerically analyzed. Potential benefits have been studied by comparing systems that use only a heat pump with combined systems. All simulations were carried out with Polysun-6® for several climates around Europe. The simulated systems are designed to provide space heat and domestic hot water for single family houses. Results presented in this work show that the seasonal performance factor of the overall heating system increases when a solar thermal system is added for both air source and ground source heat pumps. In terms of absolute electricity savings, the benefit of adding solar thermal to a heat pump system is usually higher for air source compared to ground source based systems despite of the lower fractional electricity savings of air source based systems.

Energy Procedia


Development and Validation of a Mathematical Model for Ice Storages with Heat Exchangers that can be De-iced

D. Carbonell, D. Philippen, M.Y. Haller, E. Frank / 2014 / EN

The development and validation of a mathematical model of an ice storage tank with heat exchangers that can be de-iced is presented. The ice storage model was developed for heating applications using combined solar thermal and heat pump systems. Experiments were conducted with a laboratory scale ice storage of 1 m3. The model predicted successfully most of the operating modes for the main variables such as heat exchanger outlet temperature and energy transferred, mass of ice produced and melted, and time of ice formation.

Energy Procedia


PVT-Kollektoren für die Brauchwarmwasser-Vorwärmung ‒ Mess- und Simulationsresultate einer Testanlage

D. Zenhäusern, A. Baggenstos, O. Türk, S. Brunold, M. Rommel / 2014 / DE

Um das Potenzial von unverglasten PVT-Kollektoren für die Brauchwarmwasser-Vorwärmung zu untersuchen, wurde am SPF in Rapperswil eine Testanlage gebaut und während einem kompletten Jahr betrieben und vermessen. Parallel dazu wurde das System detailgetreu mit der Simulationssoftware Polysun abgebildet. Wir präsentieren in diesem Beitrag die Messresultate des einjährigen Betriebs, insbesondere die thermischen und elektrischen Solarenergieerträge sowie den durch die Modulkühlung erreichten elektrischen Mehrertrag der PVT-Kollektoren gegenüber reinen PV-Modulen. Zusätzlich zeigen wir den Vergleich zwischen Mess- und Simulationsresultaten und Simulationsresultate für unterschiedliche Systemdimensionierungen.

18. Brenet Status-Seminar «Forschen für den Bau im Kontext von Energie und Umwelt»

Evaluation of Measurements on Parabolic Trough Collector Fields for Process Heat Integration in Swiss Dairies

E. Frank (SPF), H. Marty (SPF), L. Hangarten (SPF), S. Minder (NEP) / 2014 / EN

Measurements from two solar process heat plants in Switzerland have been evaluated, both equipped with similar types of parabolic trough collectors. The analysis focusses on the description of the plants and the presentation of the performance of the collector fields. For this, both a daily evaluation of selected days is presented as well as a monthly evaluation is introduced where the energy delivery of the collector field is cumulated for each day and plotted against the cumulated direct irradiation on the one-axis tracked collector field aperture area.

Schneelastprüfung von thermischen Kollektoren, neues Prüfverfahren für alpine Verhältnisse

A. Bohren (SPF), T. Tschan (Ernst Schweizer AG, Metallbau) / 2014 / DE

Die Schadenssummen durch Schneelastschäden an Solaranlagen sind nicht mehr vernachlässigbar. Es ist darum wichtig, dass Kollektoren, PV Module und Montagesysteme verfügbar sind, die auch in alpinen Regionen den zu erwartenden Schneelasten standhalten können. Die in den Produktenormen vorgesehenen Prüflasten und Prüfmethoden ergeben allerdings keine ausreichende Aussage zur Schneelastbeständigkeit. In dem vorgestellten Projekt wurde eine neuartige Anlage realisiert die verschiedene Schwachpunkte der Normprüfungen eliminiert. Neu können Schneelasten bis etwa 20 kN/m², unter beliebiger Dachneigung und für Grossflächenkollektoren bis zu einer Grösse von etwa 12 m² simuliert werden.

Solar and Heat Pump Systems – Summary of Simulation - Results of the IEA SHC Task 44 / HPP ANNEX 38

M.Y. Haller, D. Carbonell, I. Mojic, et al. / 2014 / EN

Solar and heat pump heating systems have been simulated and analyzed by experts from different countries in Subtask C of the IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38 "Solar and Heat Pump Systems" from 2010 to 2014. A summary of these simulation results is presented, compared and analyzed in this work, comprising systems where solar collectors provide heat in parallel to a heat pump, systems where solar heat is also or exclusively used for the evaporator of the heat pump, systems with ice storages, and systems with active solar regeneration of the ground source of the heat pump.

Solare Wärmepumpensysteme auf dem Prüfstand - Systemtests von 11 verschiedenen Systemen

R. Haberl, M. Haller, E. Frank / 2014 / DE

Der Concise Cycle Test (CCT) ist eine Testmethode, mit der unter realitätsnahen Bedingungen das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten getestet werden kann. Die Methode wurde bereits erfolgreich bei Systemen angewandt die thermische Kollektoren mit Öl-, Gas- und Pelletkesseln kombinieren. Innerhalb des Projektes Sol-HEAP, dessen Resultate in den IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38 "Solar and Heat Pump Systems" einfliessen, wurde die Methode erweitert um auch Anlagen mit Wärmepumpen testen zu können. Dieser Beitrag zeigt die Resultate von Messungen an 11 verschiedenen Systemen von 6 verschiedenen Herstellern, deren Gemeinsamkeit sich darauf beschränkt, dass sie thermische Kollektoren, eine Wärmepumpe und einen Kombispeicher enthalten. Ansonsten unterscheiden sich die Konzepte deutlich.

Solarwärme & Wärmepumpen – Interpretation der Simulationen des IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38

M. Haller, E. Frank / 2014 / DE

In diesem Beitrag werden Resultate präsentiert und analysiert, welche im Rahmen des Subtask C "Modeling and Simulation" des IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38 (T44A38) "Solar and Heat Pump Systems" von verschiedenen Teilnehmern des Tasks erarbeitet wurden.

Untersuchungen zu kostengünstigeren Alternativen der Direktstrahlungsmessung anstelle eines Pyrheliometers und zweiachsiger Nachführvorrichtung

M. Larcher, M. Rommel / 2014 / DE

Industrielle Prozesse werden immer öfter von solarthermischen Kollektoren unterstützt. Bei industriellen Prozessen in einem Temperaturbereich von 100°C bis 200°C spricht man von Prozesswärme. Bei den dabei verwendeten Kollektoren handelt es sich oftmals um konzentrierende Kollektoren, wie Fresnel – und Parabolrinnenkollektoren, sogenannten Prozesswärmekollektoren. Diese müssen aufgrund ihrer Konzentration der Sonnen nachgeführt werden und können im Wesentlichen nur die Direktstrahlung in Wärme umwandeln. Für die Bewertung dieser Kollektoren beziehungsweise der ganzen Anlagen muss somit die Direktstrahlung bestimmt werden. Die herkömmliche und kostenintensive Variante ist die Verwendung eines Pyrheliometers montiert auf einem zweiachsig nachgeführten Trackingsystem. Die Kosten belaufen sich auf ca. 15‘000 Euro. Aus eigenen Erfahrungen wissen wir, dass diese Kosten den Rahmen eines Feldmonitoring – Projektes oftmals übersteigen. Daher haben wir zwei kostengünstigere Alternativen angeschaut. Die erste Variante ist die Bestimmung der Direktstrahlung mittels zwei horizontal montierten Pyranometern, wobei das eine mit einem Schattenring versehen ist und somit die Diffusstrahlung (unkorrigiert) misst, während das andere ohne Schattenring die Globalstrahlung misst. Bei der zweiten Variante handelt es sich um ein innovatives Strahlungsmessgerät das über mehrere Sensoren die Strahlung misst und daraus die Global- und die Diffusstrahlung berechnet. Im Paper werden die Direktstrahlungmessungen der herkömmlichen und der beiden Alternativen einander gegenübergestellt und die Abweichungen bewertet.

Unverglaste PVT-Kollektoren für die Brauchwarmwasser-Vorwärmung - Messresultate einer Testanlage

D. Zenhäusern, A. Baggenstos, O. Türk, S. Brunold, M. Rommel / 2014 / DE

PVT-Kollektoren kombinieren Photovoltaik und Solarthermie in einer Baueinheit. Diese Kombination hat gegenüber reinen PV-Modulen zwei Vorteile: 1) Höherer flächenspezifischer Solarertrag (elektrisch plus thermisch), 2) höherer Solarstromertrag dank tieferen Zelltemperaturen. Wir präsentieren Messresultate einer Testanlage am SPF in Rapperswil. Dimensionierung und Betriebsweise der Anlage wurden so gewählt, dass diese als Modell einer Warmwasser-Vorwärmanlage für Mehrfamilienhäuser dienen kann.

Reaction zone development for an aqueous sodium hydroxide seasonal thermal energy storage

X. Daguenet-Frick (SPF), P. Gantenbein (SPF), E. Frank (SPF), B. Fumey (EMPA),
R. Weber (EMPA), T. Williamson (Kingspan Environmental Ltd) / 2013 / EN

This paper focuses on the development of a reaction zone dedicated to an absorption/desorption seasonal thermal energy storage. The modelling of the tube bundle constituting the reaction zone is described as well as the boundary conditions in worst working conditions and some modelling results are presented for the desorber/absorber. In parallel to this sizing work, investigations were lead on the tube bundle optimisation by studying the wetting and fluid distribution. A specific developed experimental set up based on imaging enabled to quantify the influence of tube texturing and to improve the manifold design. This work will lead to the reaction zone construction for an aqueous sodium hydroxide seasonal thermal energy storage prototype.

Simulations of combined solar thermal and heat pump systems for domestic hot water and space heating

D. Carbonell, M. Haller, D. Philippen, E. Frank / 2013 / EN

The system combination of solar thermal collectors and heat pumps is a very attractive option for increasing the renewable energy usage at worldwide level for heating and domestic hot water preparation. In this work parallel and series combined solar and heat pump systems are analyzed within the IEA SHC Task44/ HPP Annex38 reference conditions for different buildings and a typical Central European climate. Three combined systems have been studied in detail: solar and air source heat pump, solar and ground source heat pump, and exclusively solar source heat pump in combination with an ice storage. Numerical calculations have been performed using two simulation platforms: TRNSYS-17 and Polysun-6®. Comparisons between the two simulation environments have been also provided. Moreover, a reference case without solar has been used to determine the potential efficiency benefits of using solar collectors compared to a system with a heat pump alone in the specified climate and for covering the specified heat load. Simulations presented in this work show that differences in system performance up to 4% can be expected between TRNSYS-17 and Polysun-6® for air source based systems, and higher discrepancies, up to 14% are obtained for ground source based systems. Comparisons between combined solar thermal and heat pump systems with their respective "heat pump only" reference solutions show that the absolute electricity savings of air source are usually higher compared to ground source based systems. Systems using large ice storages are able to reach seasonal performance factors in the range of 5, which is of the order of performance of combined solar and ground source heat pump systems.

SHC2013 - Energy Procedia, 48, p.524–534, ScienceDirect-Link

Heat pump system with uncovered and free ventilated covered collectors in combination with a small ice storage

I. Mojic (SPF), M. Haller (SPF), B. Thissen (Energie Solaire S.A.), E. Frank (SPF) / 2013 / EN

In the past years research and development for heat pumps in combination with solar thermal collectors increased. In this work it is analyzed how low solar irradiation and ambient air can be used as heat sources. Three different systems were modelled and simulated in TRNSYS. The simulation results show that unglazed collectors and a brine heat pump in combination with a 400 liter ice storage can reach a better performance than a reference system (air source heat pump with covered collectors).

SHC2013 - Energy Procedia, 48, p.608–617, ScienceDirect-Link

Combining heat pumps with combistores: Detailed measurements reveal demand for optimization

R. Haberl, M. Haller, A. Reber, E. Frank / 2013 / EN

A heating system that combines a ground source heat pump and solar collectors with a combistore was measured in detail in the laboratory by means of "whole system testing". The test rig thereby emulated a building with floor heating, hot water tappings, flat plate solar thermal collectors and a ground source heat exchanger. The tested heating system covered the heat demand for space heating and domestic hot water preparation in a reliable way with a good annual system performance factor of 4.5 that was determined after the physical test by means of test-calibrated simulation models. Nevertheless the measurements revealed that there is still room for improvements. It was found that the heat pump operates in space heating mode in an oscillating on/off behavior with short runtimes and respectively with a high number of starts and in addition with a supply temperature that is in average 8 K above the temperature that is needed in the heat distribution. Furthermore a significant transport of energy, from the upper part of the store that is reserved for domestic hot water preparation to the lower part, reserved for space heating, was detected.

SHC2013 - Energy Procedia, 48, p.361–369, ScienceDirect-Link

Hydraulic integration and control of heat pump and combi-storage: Same components, big differences.

M.Y. Haller, R. Haberl, I. Mojic, E. Frank / 2014 / EN

Different options for hydraulic integration and control of a heat pump connected to a solar combi-storage are investigated by means of annual system simulations. The results show that unfavorable hydraulic integration can lead to additional electric energy demand of the system of up to 45% (>1000 kWh electric energy per year) compared to a - well designed - reference solution with the same components. Based on the system performance analysis, recommendations are given for the hydraulic integration of heat pumps into systems with combi-storages.

SHC2013 - Energy Procedia, 48, p.571–580, ScienceDirect-Link

Monthly Balanced Production and Consumption of Heat and Electricity with Low Non-Renewable Primary Energy Input at District Level (CISBAT 2013 International Conference, EPFL, Lausanne, 775–780).

M.Y. Haller (Institut für Solartechnik SPF), T. Selm (Selm Heizsysteme AG,), E. Frank (Institut für Solartechnik SPF) / 2014 / DE

The proposed concept reduces the yearly non-renewable primary energy consumption for heating and power supply by 53% if natural gas is used for the combined heat and power plant, and by 81% if biogas is used. This overall concept has thus a higher chance for unlimited reproduction than a net-zero-energy concept alone, reducing the non-renewable primary energy demand substantially compared to standard solutions for supplying heat and electricity. ISBN: 978-2-8399-1280-8

Dynamic whole system testing of combined renewable heating systems – The current state of the art

M.Y. Haller (Institut für Solartechnik SPF), R. Haberl (Institut für Solartechnik SPF), T. Persson (SERC, Sweden), C. Bales (SERC, Sweden), P. Kovacs (SP, Sweden), D. Chèze (CEA LITEN, INES, France), P. Papillon (CEA LITEN, INES, France) / 2014 / EN

The state of the art for dynamic whole system test methods using “hardware in the loop” concepts is described based on three different approaches that are currently used at four different test institutes. The methods were applied for testing solar thermal systems in combination with fossil fuel boilers (heating oil and natural gas), biomass boilers, and/or heat pumps. All three methods were able to show the performance of combined heating systems under transient operating conditions. The methods often detected unexpected behaviour of the tested system that cannot be detected based on steady state performance tests that are usually applied to single components. A harmonized approach for whole system tests may lead to new test standards and improve the accuracy of performance prediction as well as reduce the need for field tests.

Energy and Buildings, 66, p. 667-677, ScienceDirect-link

Solare Kombispeicher mit Wärmepumpen: Scheinbare Details entscheiden über die Performance!

M.Y. Haller, R. Haberl, I. Mojic, E. Frank / 2014 / DE

Verschiedene Möglichkeiten zur hydraulischen Integration und Regelung von Wärmepumpen mit solaren Kombispeichern wurden mit TRNSYS-Simulationen untersucht. Die Resultate zeigen, dass ungünstige hydraulische Integration und Regelung im Vergleich zu einer optimalen Lösung mit denselben Komponenten bis zu 45% höheren elektrischen Bedarf (>1000 kWh/a) für die Wärmepumpe zur Folge haben kann. Auf Grund der Simulationsresultate werden konkrete Empfehlungen abgegeben für die hydraulische und regeltechnische Kombination von Wärmepumpen und Kombispeicher.

Wärmepumpen-Systeme mit selektiven unabgedeckten und frei belüftbaren abgedeckten Kollektoren als einzige Wärmequelle

I. Mojic (SPF Institut für Solartechnik), M. Haller (SPF Institut für Solartechnik), B. Thiessen (Energie Solaire S.A.), E. Frank (SPF Institut für Solartechnik) / 2013 / DE

Bei Neubauten oder einem Heizungsersatz werden heutzutage sehr häufig Wärmepumpensysteme eingesetzt. Dabei werden vor allem die zwei bekanntesten Wärmepumpentypen Luft/Wasser und Sole/Wasser eingebaut. Jedoch können diese durch ihre spezifischen Eigenschaften und Anforderungen nicht überall eingesetzt werden. Zum Bespiel können bei der Luft-Wärmepumpe Geräusch-Emissionen ein Ausschluss-Kriterium sein. Abhilfe können in manchen Fällen unabgedeckte Solarkollektoren bringen. Der Vorteil von unabgedeckten Kollektoren ist hier, dass sie nicht nur Solarstrahlung, sondern bei Betrieb unter Umgebungstemperatur auch konvektive, sensible und latente Wärme aus der Luft nutzen können. Eine Alternative zu den unabgedeckten Kollektoren, welche hohe Wärmeverluste haben, sind abgedeckte Kollektoren, welche je nach Bedarf belüftet werden können. Beide Alternativ-Systeme wurden einem Standard Luft-Wärmepumpensystem gegenübergestellt und verglichen.

Parabolrinnenkollektoren für Prozesswärme in Schweizer Molkereien

E. Frank (SPF Institut für Solartechnik), M. Feuerstein (Elektrizitätswerke der Stadt Zürich, ewz), S. Minder (NEP Solar AG) / 2013 / DE

Im Jahr 2012 wurde in Bever eine Parabolrinnen-Anlage in Betrieb genommen. Die Anlage liefert Dampf über einen neuen Dampferzeuger der ausschliesslich mit Wärme von der Solaranlage funktioniert. In diesem Beitrag werden am Beispiel der Solaranlage in Bever die Interessen und Erfahrungen der Betreiberin ewz und des Kollektorherstellers NEP Solar während der Planungs-, Realisierungs- und Betriebsphase aufgezeigt. Anhand der Messdaten von acht Monaten wird der Betrieb der Anlage durch das SPF ausgewertet und erste Ergebnisse werden in diesem Beitrag dargestellt.

Development of a defrostable heat exchanger for ice storages in solar thermal heat pump systems

D. Philippen, M. Y. Haller, W. Logie, M. Thalmann, S. Brunold, E. Frank / 2012 / EN

To improve the system’s efficiency of heating installations that combine solar collectors and heat pumps ice storages can be used. A possible disadvantage when using ice storages is that growing ice layers on the heat exchanger’s surfaces in the ice storage increase the heat transfer resistance which leads to lower COP of the heat pumps during periods with high heat demand due to lower source temperatures. To improve the heat transfer across the heat exchangers in the ice storage during these periods a periodical defrosting of the heat exchangers is proposed and presented in this paper.

Entwicklung einer hocheffizienten Solarthermie-Wärmepumpen-Heizung mit Eisspeicher

D. Philippen, M. Y. Haller, S. Brunold, E. Frank / 2012 / DE

Mit dem Beitrag werden die Zwischenergebnisse eines Forschungsprojekts vorgestellt, in dessen Rahmen eine Pilotanlage einer Wärmeerzeugungsanlage für Heizung und Warmwasser in einem Gebäude konzipiert und erstellt wird. Die Pilotanlage kombiniert Solarthermie mit einer Wärmepumpe und soll eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von mindestens 6 erreichen. Eine für die Zielerreichung wichtige Systemkomponente ist ein Latentwärmespeicher (Eisspeicher).

Ausgeglichene Strom- und Wärmebilanz für die Versorgung eines Neubaugebietes

M. Y. Haller, E. Frank, T. Selm (Selm Heizsysteme AG) / 2012 / DE

Im Rahmen eines Überbauungsplans wurde ein Konzept erarbeitet für die möglichst nachhaltige und multiplizierbare Energieversorgung (Strom und Wärme) einer Neubau-Siedlung mit nicht nur jährlich, sondern auch monatlich ausgeglichener Strom- und Wärmebilanz. Dies wurde erreicht durch eine geschickte Kombination aus Nahwärmenetz (Blockheizkraftwerk und Solarwärme) für einen Teil der Siedlung, sowie Erdsonden-Wärmepumpen für einen zweiten Teil der Siedlung mit geringerem spezifischem Wärmebedarf. Photovoltaikanlagen ergänzen die Stromproduktion des BHKW. Im Vergleich zu einer Erdgasheizung und «Normalstrom» ab Netz kann der nicht erneuerbare Primärenergieeinsatz für die kombinierte Strom- und Wärmeversorgung bei Verwendung von Erdgas für das BHKW um 53% gesenkt werden, bei Verwendung von Biogas sogar um 81%.

Review of component models for the simulation of combined solar and heat pump heating systems

M. Y. Haller (SPF), E. Bertram (ISFH), R. Dott (FHNW), T. Afjei (FHNW), F. Ochs (Universität Innsbruck), J-C. Hadorn (Base Consultants SA) / 2012 / EN

A review of component models for the simulation of combined solar and heat pump heating systems has been carried out with a special focus on the particularities of the combination of solar thermal collectors with heat pumps. Some of these particularities are effects of water vapor condensation on the surface of collector absorbers operated below the dew point, refrigeration cycles using more than one heat exchanger for the evaporator in order to use solar heat in addition to a conventional heat source, the effect of higher source temperature for the heat pump when solar heat is used, or the regeneration of ground heat sources with heat from solar collectors.

System-Jahresarbeitszahl grösser 4.0 mit Luft-Wasser Wärmepumpe kombiniert mit Solarwärme

M. Y. Haller, E. Frank / 2012 / DE

Einfamilienhaus in Rapperswil-Jona (Schweizer Mittelland) ausgemessen. Für das Jahr 2011 konnte eine System-Jahresarbeitszahl von 4.4 ermittelt werden basierend auf dem gesamten gemessenen Stromverbrauch einerseits und der ab Speicher gelieferten Nutzwärme andererseits. Die für dieses System ermittelte Jahres-arbeitszahl ist im Vergleich mit den Ergebnissen verschiedener Feldstudien sehr gut. Dadurch ist belegt, dass es durchaus möglich ist, auch mit einem Kombispeicher mit und rein parallel arbeitenden Wärmeerzeugern Solar-Luft-Wärmepumpe-Systeme mit hohen System-Jahresarbeitszahlen zu realisieren, wie man sie sonst nur von Erdsonden-Wärmepumpen-Systemen kennt.

Experimental Investigations on Charging and Discharging Strategies of Thermal Energy Stores and Their Effect on System Efficiency

R. Haberl, E. Frank / 2011 / en

A combisystem with four different storage and storage integration concepts was tested under realistic load conditions, using the Concise Cycle Test (CCT) method. The common features of all tested systems are the auxiliary heater and the solar collectors as well as the storage volume. The experiments revealed a considerable range of annual fuel consumption to cover an identical load.

On the Potential of using Heat from Solar Thermal Collectors for Heat Pump Evaporators

M. Haller, E. Frank / 2011 / en

In this paper a general mathematical relationship is derived for determining whether using heat from solar collectors for the evaporator of the heat pump instead of using it directly is beneficial for the energetic performance of these systems. It is shown that there is a limit for the solar irradiation on the collector field above which using collector heat for the evaporator of the heat pump instead of using it directly is not advantageous.

A Computational Fluid Dynamics Study on the Accuracy of Heat Transfer from a Horizontal Cylinder into Quiescent Water

W. Logie, E. Frank / 2011 / en

The discipline of prototyping and designing parts or components via direct numerical simulation offers engineers today a powerful tool in the understanding of physical problems. The manipulation and operation of numerical fields representing the conditions we wish to consider (for example by way of Newtonian fluid physics) provides insight and comparative confidence in decisions otherwise grounded on experience or experimental data. To gain this confidence however - that the model parameters and numerical solver are realistic - we must be stringent in their validation for any given problem. Illustrated in this paper is such a validation for free convective heat transfer (Nusselt number) from a horizontal cylinder into quiescent water. The fluid properties and free convective range of application reflect those occurring within Solar Domestic Hot Water (SDHW) storages with helically coiled Immersed Heat Exchangers (IHX).

Investigations on Solar Thermal Process Heat Integration with Parabolic Trough Collectors

H. Marty, E. Frank / 2011 / en

The calculations presented in this paper may serve as a first indicator for planning decisions regarding the orientation of parabolic trough collector fields for latitudes in central Europe. For supplying solar process heat, not only the yearly specific or total energy yields but also the course of direct irradiance and peak power over a day and the distribution over months can help to optimize the cost-benefit ratio of the solar heat plant.

Solar & Pellet Heating: Specifications for High Efficiency System Design

R. Haberl, M. Haller, L. Konersmann, E. Frank / 2011 / en

The combination of biomass boilers and solar collectors involves special requirements in view of a good system solution. To analyze the proper combination of both technologies three separate projects on the topic of pellet and solar heating were carried out at SPF. This paper summarizes the main features, results and insights gained from this work and gives specifications for high efficiency system design.

Einfluss der Neigung auf den äusseren konvektiven Wärmeübergang unabgedeckter Absorber

D. Philippen, M. Haller, E. Frank / 2011 /de

Für die Erzeugung von Brauchwarmwasser und Raumwärme in Gebäuden können Sonnenkollektoren mit Wärmepumpen kombiniert werden. Bei Verwendung unabgedeckter Kollektoren kann der Kollektorkreis dabei auch mit Temperaturen unter Umgebungstemperatur betrieben werden, bspw. bei bedecktem Himmel oder nachts, und die gewonnene Wärme dem Verdampfer der Wärmepumpe zugeführt werden. Bei der Wärmeübertragung am Absorber müssen dann Prozesse berücksichtigt werden, welche bei abgedeckten Kollektoren und hoher Solareinstrahlung vernachlässigt oder stark vereinfacht werden können. Diese Prozesse sind der langwellige Strahlungsaustausch und die Wärmeübertragung durch Kondensation, Niederschlag und Konvektion. In diesem Beitrag werden Ergebnisse von Messungen an unabgedeckten Kollektoren mit Kissenabsorbern vorgestellt, mit denen die Abhängigkeit des äusseren konvektiven Wärmeübergangs von der Kollektorneigung bei unterschiedlichen Wetterbedingungen (insbesondere Windgeschwindigkeiten) untersucht wurde.

Experimentelle Untersuchung des Einflusses der Speicherschichtung auf den Anlagennutzungsgrad

R. Haberl, E. Frank / 2011 / de

In dynamischen Systemtests wurde experimentell der Einfluss von Schichtladeeinrichtungen und hydraulischer Verschaltungen auf den jährlichen Nutzungsgrad von Gesamtsystemen ermittelt. Dazu wurde zunächst ein Kombisysteme getestet, das als zentrales Element einen vermeintlich annähernd perfekt schichtenden Pufferspeicher hat, der durch 15 m2 Flachkollektoren und einen Öl-Brennwertkessel beladen wird. In weiteren Tests wurde zum einen das Kombisystem hydraulisch optimiert und zum anderen ohne die Schichtladeeinrichtung getestet.

Einfluss von Rohrleitungen auf die Veränderung propagierender Temperaturprofile

F. Ruesch, E. Frank / 2011 / de

Bei umfangreichen Tests an handelsüblichen Frischwassermodulen am SPF hat sich gezeigt, dass Betriebsbedingungen mit grösseren Temperaturschwankungen des Trinkwarmwassers am Modulausgang auftreten können. Als kritisch wurden sehr kleine Durchflüsse und Leistungswechsel bei hohen Primärvorlauftemperaturen identifiziert. Weitgehend unklar ist jedoch, wie stark sich Schwankungen, welche direkt am Modulausgang detektiert werden, auf den Komfort an der Zapfstelle auswirken. Besonders entscheidend hierbei ist der dämpfende Einfluss der Rohrleitung zwischen Modul und Zapfstelle. Am SPF wurden dazu theoretische und experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Darauf basierend wird eine Methode vorgeschlagen, welche das Klassifizieren von Temperaturschwankungen in Komfortkategorien erlaubt.

Steigert die Nutzung von Solarkollektoren als Wärmequelle für Wärmepumpen die System-Arbeitszahl?

M. Haller, E. Frank / 2011 / de

Für Systeme, welche die Kollektorwärme einerseits direkt zur Warmwasserbereitung oder Raumheizung in einen Pufferspeicher leiten können, andererseits aber auch die Möglichkeit haben, Kollektorwärme für den Verdampfer einer Wärmepumpe zu nutzen, stellt sich die Frage, wann welche Art der Kollektorwärmenutzung für den Systemwirkungsgrad am sinnvollsten ist. Diese Frage ist Gegenstand dieses Beitrages.

Solar process heat – a technology overview

M. Rommel /2011/ en

Presentation at the International Conference Solar Process Heat, 3.-4. Feb 2011 in Wels, Austria.

Systematic Classification of Combined Solar Thermal and Heat Pump Systems

E. Frank, M. Haller, S. Herkel, J. Ruschenburg / 2010 / en

In this paper an approach to describe and systematically classify combined solar thermal and heat pump systems is presented. The approach consists of three elements: A visualization scheme to systematically represent concepts of combined solar thermal and heat pump systems, a notation scheme providing the same information in letter combinations, and a simplified notation restricted to the most important parameters. The classification schemes are illustrated with examples.

Investigation of Immersed Coil Heat Exchangers in regard to Heat Transfer and Storage Stratification

W. Logie, E. Frank, M. Haller, M. Rommel / 2010 / EN

Current implementation of Immersed Coil Heat Exchangers (IHX) into Solar Domestic Hot Water (SDHW) systems use simple guidelines for dimensioning their surface area based on an intended solar collector area - or range thereof. The literature from whence these guidelines come (1970s and 80s) are based on experiments with different types of IHX (copper, flange-retrofitted) to those used today and are evaluated solely on the performance of heat transfer, thus a re-evaluation of these guidelines is considered necessary. The investigations presented attempt to combine an evaluation of the heat transfer performance and stratification together based on measurements from three IHX samples with varying material and geometrical arrangement. Preliminary analysis suggests a correlation between high convective heat transfer coefficients and low stratification efficiencies.

Development of a Test Procedure for External Domestic Hot Water Modules

F. Ruesch, E. Frank / 2010 / EN

The market of domestic hot water modules (DHWM) is growing fast, but the absence of a standardized testing procedure makes comparison of the products and quality assessment difficult. Therefore a project is being carried out at SPF aiming at the definition of a test procedure for DHWM. In the first phase a suitable test rig has been set up and six commercially available modules where tested extensively. In this paper, an overview over the results of the first testing phase is given, focusing on three main performance indicators: power, comfort and efficiency.

Entwicklung von Kunststoffkollektoren: Grundlegende Fragestellungen und Ergebnisse eines Forschungsprojektes

S. Brunold / 2010 / de

Die Fertigung heutiger Flachkollektoren ist noch immer vergleichsweise wenig automatisiert. Die verwendeten Materialien sind vorwiegend Kupfer, Aluminium und Glas, welche insbesondere in jüngster Vergangenheit einer massiven Preissteigerung unterlegen sind. Beide Aspekte, sowohl Materialwahl als auch Fertigungsprozess, bergen daher noch erhebliches Potenzial zur Kostenreduktion. Eine Umstellung auf Kunststoffe als Hauptbestandteil von Kollektoren, würde diese beiden Aspekte radikal ändern. Da aber Polymere nicht von vornherein kostengünstige Materialien sind, muss deren Einsatz, insbesondere unter Berücksichtigung der speziellen Produktionstechniken, sorgfältig geplant werden. Aufgrund der - in der Regel - hohen Werkzeugkosten in der Kunststoffverarbeitungstechnik, muss das Kollektordesign für eine Massenfertigung ausgelegt werden. Der Materialeinsatz muss, unter Berücksichtigung der spezifischen Kosten, minimiert werden.

Wärmeabwurf aus einer solarthermisch getriebenen LiBr-H2O Absorptionskältemaschine durch gepulstes Besprühen eines Trockenkühlers mit Wasser

P. Gantenbein, R. Helfenberger, E. Frank / 2010 / de

In einem offenen Kühlturm ist der Kühleffekt hauptsächlich durch die Verdampfung von Wasser aus dem Kühlfluid des Maschinekühlkreislaufes in den Luftstrom bestimmt und das Kühlwasser kann theoretisch bis auf den Kühlgrenzabstand die Kühlgrenztemperatur des Umgebungsklimas erreichen. Der sich anreichernde Kalk und die Ansammlung von Schmutz müssen über regelmässige Ausschwemmung abgeführt werden. In einem zum Hybrid-Kühler ausgebauten Trockenkühler wird der effiziente Kühleffekt der Wasserverdampfung genutzt und bei entsprechender Dosierung kann gleichzeitig der Wasserverbrauch reduziert werden. Ein Trockenkühler wurde dazu mit einem Düsen-Sprühsystem ausgerüstet. Ein gepulstes Besprühen der Wärmetauscher-Lamellen wurde realisiert. Die Kühlmittel-Rücklauftemperatur zur Absorber- Kondensatoreinheit der Absorptionskühlmaschine wird jener aus dem offenen Kühlturm angenähert.

Entwicklung einer Testprozedur zum systematischen Vergleich von Frischwassermodulen

F. Ruesch, E. Frank / 2010 / de

In den letzten Jahren hat die Marktpräsenz von Frischwassermodulen insbesondere in Deutschland stark zugenommen. Ein Vergleich der angebotenen Produkte ist aber schwierig, da es sowohl an einheitlichen Referenzbedingungen zur Charakterisierung von Frischwassermodulen als auch an einer unabhängigen Testinstanz fehlt. Am SPF wird daher eine Testprozedur zum systematischen Vergleich von Frischwassermodulen entwickelt. In diesem Papier werden sowohl der installierte Teststand als auch erste Messungen an handelsüblichen Modulen vorgestellt.

Systematische Gliederung der Systemkombination von solarthermischen Anlagen und Wärmepumpen

M. Haller, E. Frank, C. Trinkl, W. Zörner / 2010 / de

Im Anfang 2010 gestarteten Task 44 des Solar Heating and Cooling Programmes der Internationalen Energieagentur IEA werden kombinierte Solarthermie-Wärmepumpen-Systeme eingehend untersucht und weiter entwickelt. Um einerseits einen systematischen Überblick über die vielfältigen Variationen der Kombination zu geben und andererseits eine Grundlage für die Abwägung von Vor- und Nachteilen der verschiedenen Lösungen aus technischer Sicht zu ermöglichen, bedarf es eines systematischen Gliederungskonzeptes. In dieser Arbeit wird, ausgehend von einem Überblick über bisherige Einteilungen, ein weiterführender Ansatz für die systematische Gliederung und Darstellung solcher Systeme präsentiert.

Experimentelle und numerische Untersuchungen von eingetauchten Wärmeübertragern zur Be- und Entladung von Warmwasserspeichern

W. Logie, A. Reber, E. Frank, M. Y. Haller / 2010 / de

Die Wahl der richtigen Konstruktions- und Dimensionierungsparameter für eingetauchte Wärmeüberträger (engl. Immersed Heat Exchanger - IHX) ist von zentraler Bedeutung für die Be- und Entladung von Warmwasserspeichern (engl. Thermal Energy Storages - TES). Vor allem bei der Beladung mittels solarthermischen Kollektoren treten stark variierende Beladezustände auf, welche die Bestimmung der optimalen Geometrie und Dimensionierung des IHX zu einem komplexen Problem machen. Üblicherweise werden hierzu semi-empirische Auslegungsformeln verwendet, die auf ältere Untersuchungen an horizontal gewickelten IHX zurückgehen. Die hier vorgestellten Arbeiten bieten die Grundlage zu Untersuchungen welche zeigen sollen, inwiefern diese Faustformeln auf die inzwischen weiterentwickelten Modelle und Betriebsbedingungen von Warmwasserspeichern noch zutreffen.

Erweiterte Systembewertung mit dem Concise Cycle Test am Beispiel von PelletSolar

R. Haberl, L. Konersmann, E. Frank / 2010 / de

Der am SPF entwickelte Concise Cycle Test ist eine dynamische Methode zur Prüfung solarunterstützter Heizungssysteme. Diese Methode wurde erweitert, um neben den energetischen auch die emissionstechnischen Kennwerte des Systems zu ermitteln. In diesem Beitrag wird die Vorgehensweise zur Prüfung am Beispiel einer Heizungsanlage gezeigt, die einen Pelletkessel als Nachheizung enthält. Dabei wird gezeigt, dass die Emissionen eines Pelletkessels von dessen Einbindung in das Gesamtsystem abhängen und durch verschiedene Betriebsweisen stark variieren können. Die Methode ist auch auf Systeme mit anderen Energieträgern wir Gas oder Öl anwendbar und bietet die Möglichkeit der ganzheitlichen Betrachtung und Bewertung von Heizsystemen.

Holistic System Testing – 10 Years of Concise Cycle Testing

R. Haberl, E. Frank / 2009 / en

Das SPF berichtet über die Erfahrungen von 10 Jahre Systemtest. Die ganzheitliche Betrachtung eines Heizsystems ist in der Art wie es das SPF macht einzigartig. Es zeigt auf wie gut die einzelnen Komponenten eines Systems aufeinander abgestimmt sind und wie effizient das ganze System ist.

Potential Improvement in the Design of Immersed Coil Heat Exchangers

W. Logie, E. Frank / 2009 / en

Die Wahl der richtigen Konstruktions- und Dimensionierungsparameter für eingetauchte Wärmeübertrager ist von zentraler Bedeutung für die Be- und Entladung von Warmwasserspeichern. Die vor allem bei der Beladung mittels solarthermischer Kollektoren auftretenden variierenden Bedingungen (Volumenströme, Temperaturen) haben bislang die Verwendung semi-empirischer Funktionen für Konstruktion und Auslegung induziert. Diese Erfahrungswerte sind für die inzwischen weiterentwickelten Varianten und Dimensionen der Be- und Entladung von Warmwasserspeichern nur noch bedingt verwendbar. Das SPF Paper enthält eine Marktanalyse mit Erläuterungen des heutigen Trends bei Auslegungen von eingetauchten Wärmeüberträgern und diskutiert ein Vorgehen zur Erweiterung des heutigen Wissenstands.

Solar Water Disinfection (Sowadis)

L. Konersmann, E. Frank / 2009 / en

Weltweit sterben jährlich 5 Millionen Menschen an den Folgen von verunreinigtem Trinkwasser (WHO 2008). Vor diesem Hintergrund hat sich das SPF das Ziel gesetzt, eine solarthermisch betriebene Anlage zur Wasserdesinfektion zu entwickeln. Mittlerweile wurde ein langzeit-getesteter und funktionsfähiger Prototyp fertiggestellt. Aktuell wird die Wasserdesinfektions-Anlage an ausgewählten Standorten in Entwicklungsländern implementiert. Neben der technischen Funktionsfähigkeit werden dabei in Zusammenarbeit mit den lokalen Organisationen auch soziale Aspekte mitberücksichtigt.

Energy Efficiency of Combined Pellets and Solar Heating Systems for Single Family Houses

M. Haller, L. Konersmann / 2008 / en

The potential for combined biomass and solar heating systems for domestic hot water preparation and room heating is large. The energetic performance of these systems is largely influenced by hydraulic setup and control. The effect of these interactions has been evaluated with dynamic system tests in the laboratory. Simulations were performed with a measurement-validated model to assess the annual performance of different system-setups. Based on results obtained from pellet boiler measurements a new model for the boiler was elaborated, taking into account reduced efficiency under part load operation and increased electricity use in on/off cycling operation. System tests and simulation results have shown that the use of solar thermal energy in combination with a pellet heating system reduces burner starts, fuel use and electricity consumption considerably. The combined system was synergetic because solar gains reduced inefficient boiler operation during spring, summer and autumn.

Wärmeverluste durch Rohrinterne Gegenstromzirkulation

H. Marty, P. Vogelsanger, M. Kölbli / 2008 / de

Durch Einsetzen von Thermosiphons lassen sich Wärmeverluste im Warmwassernetz senken. Aufmerksamkeit ist vor allem dem Anschluss an Speicher, Ausstossleitungen und Verteilerbalken zu widmen. Die Präsentation enthält Grundlegendes zur rohrinternen Gegenstromzirkulation, welche Wärmeverluste verschiedene Anschlussarten aufweisen, Empfehlungen wie diese Teile anzuschliessen sind und Verweise auf Literatur dieser Thematik.

Dimensionierung solarer Kombisysteme

R. Haberl, P. Vogelsanger, E. Frank, S. Brunold / 2008 / de

Um sowohl die ökonomischen als auch die ökologischen Gesichtspunkte bei der Dimiensionierung eines solaren Kombisystems zu berücksichtigen, wurde eine neue Bewertungsgrundlage entwickelt und am Beispiel zweier Systeme zur Warmwassererzeugung und Heizungsunterstützung, die im Rahmen des Task 32 (Advanced storage Concepts for Solar and Low Energy Buildings) des Solarthermieprogramms der IEA modelliert wurden, exemplarisch angewendet.

Preiswerte und kontinuierliche Schichtladeeinrichtung für Solar- und Pufferspeicher

E. Frank, P. Vogelsanger, H. Marty / 2008 / de

In diesem Beitrag werden Experimente vorgestellt und ausgewertet, die am SPF mit dem Ziel durchgeführt wurden, eine kontinuierliche Einschichtung des einströmenden Fluids in den Speicher mit einem möglichst einfachen und günstigen Konzept zu ermöglichen.

Überhitzungsschutz mit thermochromen Solarabsorberschichten

H. Marty, S. Brunold, P. Vogelsanger / 2008 / de

Bei thermischen Solarsystemen mit vor allem hoher solarer Deckung besteht oft die Frage was mit überschüssiger Energie an bedarfsarmen Zeiten gemacht wird. Verschiedene Massnahmen stehen zur Diskussion.
Kompensationsgefäss, Drain-Back, Nachtauskühlung, Energiesenke oder eben auch einen thermochrom beschichteten Solarabsorber der in Abhängigkeit der Temperatur seine absorbierenden und emittierenden Eigenschaften ändert. Wie der funktionieren müsste ist in der Simulationsstudie unten zu lesen.

Langzeit Alterungsuntersuchung an Abdeckungsmaterialien für thermische Sonnenkollektoren

F. Ruesch, S. Brunold / Forschungsbericht / 2008 / de

Der Einsatz von Kunststoffen bietet ein grosses Potenzial zur Kosteneinsparung bei Solarkollektoren. Daten zu deren Langzeitstabilität sind aber nur mangelhaft vorhanden. In dieser Studie wurde die Eignung von Kollektorabdeckungsmaterialien im Freibewitterungsversuch während einer Dauer von über 20 Jahren untersucht. 58 Abdeckungs-Typen bestehend aus Glas und verschiedenen Kunststoffen wurden in die Untersuchung miteinbezogen.

Pelletsolar - Leistungsanalyse und Optimierung eines Pellet-solarkombinierten Systems für Heizung und Warmwasser - Schlussbericht

L. Konersmann, M. Haller, P. Vogelsanger / 2007 / de

Sowohl Pelletheizungen wie auch solarthermische Systeme befinden sich aktuell auf einer starken Wachstumskurve. Die Kombination dieser beiden Technologien in einem Pellet-Solar-System für die Raumheizung und Warmwasseraufbereitung bietet grosses Potential für die Einsparung von fossilen Energieträgern, die verbesserte Ausnutzung der Biomasse und die Reduktion von Emissionen. Ziel des vorliegenden Projektes ist die energetische Optimierung eines Pellet-Solar-Systems.

List of solar thermal engineering guidelines

P. Vogelsanger, L. Konersmann / 2007 / en

The "list of solar thermal engineering guidelines" is an extensive list with literature-references in the field of solar thermal engineering. It has been compiled in the context of the European Project NEGST - New Generation of Thermal Systems (sixth frameworkprogramme priority 6-1Sustainable energy systems). Further information on the project and the original version of the list is available on the project website:

Warmwasserzirkulation mit Solaranlagen

P. Vogelsanger / 2007 / de

Das SPF empfiehlt Warmwasserverteilsysteme, die sich für den Einsatz von Sonnenenergie eignen und darum im Falle von warm gehaltenen Teilen des Verteilnetzes Warmwasserzirkulation statt elektrischer Rohrbegleitheizung.

Simulation Kollektororientierung und -neigung

H. Marty, P. Vogelsanger, S. Geisshüsler / 2007 / de

In diesem Dokument wird aufgezeigt wie viel sich der Energieertrag bezogen auf die Kollektororientierung und -neigung ändert.

Messungen-Waermeverluste durch rohrinterne Gengenstromzirkulation

A. Lauber / 2006 / de

Adrian Lauber führte im Rahmen seiner Diplomarbeit am Institut für Solartechnik SPF der HSR Hochschule für Technik Rapperswil im Jahr 2006 Versuche mit verschiedenen Rohrtypen durch. Die Rohrtypen unterschieden sich hinsichtlich Durchmesser, Material und Wärmedämmung. Die Rohre wurden in unterschiedliche Längen und Konfigurationen (Geometrie, Orientierung) an einen beheizbaren, würfelförmigen Versuchsspeicher mit 16 Liter Inhalt angeschlossen, um die Wärmeverluste zu bestimmen.
Die Rohrtypen waren:

  • 1 ¼ Zoll Stahlrohr mit Wärmedämmung
  • 28 mm Edelstahlrohr mit Wärmedämmung
  • 16 mm Kunststoffrohr ohne Wärmedämmung

Direct Feed Flow Controlled solar combisystem with non-pressurized storage - a simulation case

Martino Poretti / 2006 / en

Ein Konzept für ein solares Kombisystem wurde untersucht. Das Systemkonzept ist maximal vereinfacht, um Kosten zu reduzieren. Ausser der Warmwassererwärmung arbeiten alle Lade- und Entladekreise ohne Wärmetauscher direkt auf den Speicher. Der Speicher könnte drucklos sein. Ausserdem ist der Raumwärmekreis – statt wie üblich über die Vorlauftemperaturregelung – mittels variablem Durchfluss gesteuert. Die Ergebnisse dieser umfassenden Simulationsstudie mittels TRNSYS zeigen, dass das Direct Feed Flow Controlled Konzept die Anlageneffizienz deutlich erhöht. Durch die spezielle Steuerung des Raumwärmekreises wird die Rücklauftemperatur in den Tank abgesenkt, was den Solarertrag und – im Fall des simulierten Gas-Brennwertkessels – auch den Wirkungsgrad der Zusatzheizung verbessert. Die Ergebnisse zeigen auch die Leistungssteigerung auf, die sich aus dem Verzicht auf Wärmetauscher im Solarkreis und allenfalls im Raumwärmekreis ergeben. Es handelt sich um die unveränderte Diplomarbeit von Martino Poretti. Sie ist nur in englischer Sprache verfügbar.

Präsentation: Kompakte Kombisysteme auf dem Prüfstand unter Einbezug der Zusatzheizung

P. Vogelsanger, M. Haller / Ein Beitrag zum 15. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffelstein, 27. April 2005 / de

Ergebnisse des Projekts Kombi-Kompakt+, der Prüfung von solaren Kombisystemen: Projekt, untersuchte Systeme, Erkenntnisse zur Prüfung von Kombisystemen.

Kompakte Kombisysteme auf dem Prüfstand unter Einbezug der Zusatzheizung

P. Vogelsanger, M. Haller / Ein Beitrag zum 15. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffelstein, 27. April 2005 / de

Ergebnisse des Projekts Kombi-Kompakt+, der Prüfung von solaren Kombisystemen: Projekt, untersuchte Systeme, Erkenntnisse zur Prüfung von Kombisystemen.


P. Gantenbein, S. Brunold, U. Frei / Bericht März 03 / de

Aufbau und Inbetriebnahme der Laborapparatur.

Test und Optimierung von Kombisystemen

P. Vogelsanger / Ein Beitrag zur Tagung Solarthermie von der Forschung in die Praxis, Rapperswil, 29. November 2002 / de

Übersicht über erste bei der Prüfung von solaren Kombisystemen gewonnene Ergebnisse.

The SPF test facility for solar combisystems and storage tanks

P. Vogelsanger / A technical report of IEA SHC Task 26 (exctract), 2002 / en

Kurzbeschrieb des Laborprüfstandes für Solarsysteme am SPF.

The concise cycle test method - A twelve day system test

P. Vogelsanger / A technical report of IEA SHC Task 26, 2002 / en

Kurzbeschrieb der Prüfmethode und der Prüfeinrichtung für solare Kombisysteme am SPF.



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