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Stefan Heß

Stefan Heß wurde am 25. April 1983 in Kempten im Allgäu geboren.

Während seines Studiums der Umwelt- und Verfahrenstechnik an der Hochschule für angewandte Wissenschaften in Augsburg engagierte sich Stefan Heß als Sprecherrat der Studentischen Vertretung, als Fakultätsrat der Fakultät für Maschinenbau und als Vertreter der Studierenden im Senat. Seine Diplomarbeit „Untersuchungen zur Entwicklung eines Prozesswärme-Flachkollektors mit externen Reflektoren“ erstellte er am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Im Oktober 2007 schloss er sein Studium mit dem Gesamturteil „sehr gut“ ab.

Seit dem Abschluss seines Studiums ist Stefan Heß für das Fraunhofer ISE in der Arbeitsgruppe „Thermische Kollektoren und Anwendungen“ in den Bereichen Kollektorentwicklung und solare Prozesswärmeerzeugung tätig. Innerhalb des IEA-Task 33/IV „Solar Heat for Industrial Processes“ (SHIP) wirkte er an der Erstellung einer Brochure zu existierenden thermischen Kollektoren für Prozesswärmeanwendungen mit (www.iea-shc.org/task33/publications). Darüber hinaus arbeitete er für die Deutsche Solarthermie-Technologieplattform DSTTP im Arbeitskreis Kollektortechnologie. Am Fraunhofer ISE ist Stefan Heß für das BMU-Projekt RefleC sowie für das IEE-Projekt SoPro verantwortlich. Er betreut außerdem Diplom- und Masterstudenten.

Motivation und Ziele des Promotionsvorhabens: „Erzeugung von Prozesswärme durch verbesserte thermische Solarkollektoren mit Reflektoren“

In den Ländern der EU 27 fallen 28% des gesamten Endenergiebedarfs im industriellen Bereich an. Ein Anteil von ca. 70% dieser Energie ist Wärme. Industrielle Prozesswärme hat vor allem in der Lebensmittel-, Papier-, Textil- und der chemischen Industrie hohes Potential, weil in diesen Branchen mehr als 50% der benötigten thermischen Energie bei Temperaturen unter 200°C bereitgestellt werden kann. Weitere Einsatzgebiete mit hohem Potenzial für solare Prozesswärme sind solare Kühlung und die Einspeisung in Wärmenetze.

Bislang wurden trotz des beschriebenen enormen Potenzials weltweit erst ca. 100 Anlagen zur Erzeugung industrieller Prozesswärme registriert. Ein Grund für dieses Ungleichgewicht kann der höhere Aufwand für Auslegung und Planung solcher Systeme sein, weil diese in die schon bestehenden, oft sehr individuellen Systeme zur Wärmeerzeugung integriert werden müssen. Andere Ursachen sind oft die Vorgabe kurzer Amortisationszeiten von drei bis fünf Jahren oder der bei bestimmten Temperaturniveaus und Lastprofilen bestehende Mangel and dafür optimierten Kollektoren.

Ziel des Promotionsvorhabens ist es deshalb, am Fraunhofer ISE ein strukturiertes Vorgehen zur Entwicklung und Optimierung von Prozesswärmekollektoren für bestimmte Standorte und Lastprofile bei Temperaturen bis 200°C zu erarbeiten. Zur Charakterisierung verschiedener Kollektorvarianten und deren Optimierung für spezifische industrielle Prozesse, für solare Kühlung und für Wärmenetze werden Simulationsrechnungen mit dem Strahlverfolgungsprogramm OptiCAD und dem Programm TRNSYS durchgeführt. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die ausreichend genaue Modellierung der Akzeptanz der Kollektoren für Diffusstrahlung gelegt.

Als Basis dieser theoretischen Arbeit wird parallel dazu am Fraunhofer ISE in Zusammenarbeit mit der Firma Wagner & Co. Solartechnik ein neuartiger Prozesswärme-Flachkollektor mit externen, nicht abbildenden Reflektoren entwickelt. Der zu entwickelnde Kollektor wird nicht der Sonne nachgeführt, soll wartungsfrei sein und eine hohe Akzeptanz für Diffusstrahlung aufweisen. Testmuster werden konstruiert und messtechnisch am Prüfzentrum für Thermische Solaranlagen des Fraunhofer ISE charakterisiert. Eine Demonstrationsanlage soll unter Anwendung grundlegender Optimierungsrechnungen mit einer ersten Version des Kollektors ausgerüstet werden. Das Prozesswärmesystem der Demonstrationsanlage soll dann im realen Betrieb einem Monitoring unterzogen werden, so dass unter Einbeziehung der realen Anlagenmesswerte das entwickelte Optimierungsmodell weiter verbessert, erweitert und schließlich validiert werden kann.

Die Dissertation wird von Prof. Dr. Victor Hanby vom Institute for Sustainable Energy Development (ISED) der De Montfort University of Leicester und von Prof. Dr. Ursula Eicker von der Hochschule für Technik in Stuttgart wissenschaftlich betreut.