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Verena Zipf

Verena Zipf geboren am 26. Oktober 1984 in Heilbronn,

hat Maschinenbau am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) studiert. Sie schloss ihr Studium im April 2011 mit Auszeichnung ab und ist seitdem am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme im Bereich „solarthermische Energieerzeugung“ tätig. Seit Beginn des Studiums hatte Sie Interesse an erneuerbarer Energietechnik und spezialisierte sich deshalb in der Vertiefungsrichtung Energie- und Umwelttechnik. In einer Facharbeit hat Sie sich mit Wellenkraftwerken auseinandergesetzt und diese bewertet; so entstand die Faszination an innovativen Entwicklungen und der Wunsch, eine sinnvolle und zukunftsträchtige Idee selbstständig umzusetzen. Nach Studienaufenthalten in Schweden und Frankreich hat sie ihr Studium mit einer externen Arbeit am Fraunhofer ISE abgeschlossen. Dort hat Sie in Ihrer Diplomarbeit „Anwendung eines Schneckenwärmeübertragers zur Latentwärmespeicherung: Methodische Entwicklung eines Prototyps“ begonnen, ein neuartiges Konzept zur thermischen Speicherung von solarthermisch erzeugtem Dampf zu entwickeln.

Kurzbeschreibung des Promotionsvorhabens: „Entwicklung eines Latentwärmespeichers zur Steigerung der Effizienz, Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit der solaren Energieerzeugung“

Zur Erhöhung des Anteils solarer Energieerzeugung wird am Fraunhofer ISE die dezentrale gekoppelte Produktion von Wärme und Strom mit solarthermischen Kollektoren (solare Kraft-Wärme-(-Kälte-)Kopplung / KW(K)K) im kleinen/mittleren Leistungsbereich untersucht. Die Verbreitung von KWK-Anlagen ist aufgrund des relativ geringen Investitionsbedarfs vergleichsweise schnell möglich. Bei kleinen Anlagengrößen ergeben sich jedoch höhere spezifische Investitionskosten, die man durch eine gesteigerte Effizienz kompensieren kann. Mit einem thermischen Speicher wird die Anlagenausnutzung über die Sonnenstunden hinaus erhöht und damit die Wirtschaftlichkeit verbessert. Darüber hinaus kann mit einem thermischen Speicher trotz fluktuierender solarer Einstrahlung eine kontinuierliche Versorgung mit Wärme, Kälte und Strom sichergestellt werden. Die Entwicklung eines effizienten thermischen Speichers für dieses Einsatzfeld ist also unbedingt erforderlich.

Latentwärmespeicher sind für eine Be/Entladung mit Dampf exergetisch optimal qualifiziert, allerdings aufgrund technologischer Herausforderungen (z.B. niedrige Wärmeleitfähigkeit der Speichermaterialien (PCM = phase change material)) noch nicht Stand der Technik. Hierfür wurde ein innovatives Zwei-Tank-Speicherkonzept bestehend aus einem Salzgranulatspeicher und einem Speicher für Salzschmelze entwickelt. Der Wärmeübergang zum Be- und Entladen findet während der Förderung des PCM von einem zum anderen Speicherbehälter in einem Schneckenwärmeübertrager (SWÜ) statt. Der SWÜ wird zum Be/Entladen mit Dampf/Wasser durchströmt. Der Phasenwechsel findet während des Transports des PCM statt. So wird die Größe der Wärmetauscherfläche von der Speicherkapazität entkoppelt. Im Gegensatz zu bestehenden Konzepten zur Latentspeicherung sind so trotz relativ kleiner Wärmeübertragerflächen ausreichend schnelle Be-/Entladegeschwindigkeiten bei hoher Speicherkapazität realisierbar. Der Speicher soll in der dreijärigen Arbeit entwickelt, aufgebaut und getestet werden. Zu Beginn werden Prototypen aufgebaut und vermessen. Die Ergebnisse der Messreihen werden zur Validierung und Optimierung eines Speichersimulatinsmodells verwendet. Mit einem Systemsimulationsmodell werden Anwendungsfälle in verschiedenen Systemvarianten untersucht und bewertet.