Betriebsversuche an einem eTank Modell
Creators: name: Bernhard, Lukas
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2022
Subjects: eTank
Phase Changing Materials
Saisonale Energiespeicher
621.04: Energietechnik

description: eTanks als saisonale thermische Energiespeicher sind eine vielversprechende Technologie, um die beinahe unendliche Energie der Sonne über das ganze Jahr zu nutzen. Mit einer grossen Speicherkapazität, relativ einfacher Bauform und ohne komplizierte Bauteile, sind sie ideal für solarthermische Systeme geeignet. Die Nutzung der Sonne im Winter ist jedoch aufgrund der tiefen Aussentemperaturen und Einstrahlungswinkel mangelhaft. Die tiefen Rücklauftemperaturen der Solaranlage sind aufgrund des niedrigen Temperaturunterschiedes zum eTank nicht gut speicherbar. Abhilfe bietet in diesem Szenario die Kombination des eTanks mit Phasenübergangsmaterialien (PCM). Mithilfe dieser Materialien kann die Speicherkapazität bei niedrigen Temperaturen erhöht werden. Das PCM wird so gewählt, dass der Phasenübergang präzise bei den tiefen Wintertemperaturen stattfindet, welche die Sonne zu diesem Zeitpunkt liefern kann. 
Um den Effekt zu quantifizieren, werden zwei Modell-eTanks gebaut. Das PCM wird mit einem Doppelrohrsystem in einem der zwei Modelltanks eingebracht. Im Solarlabor der ZHAW werden Testdurchläufe durchgeführt, bei denen die Tanks parallel be- und entladen werden. Sämtliche relevante Daten werden während den Tests geloggt, ausgewertet und anschliessend bei der Auswertung mit berechneten, theoretischen Werten abgeglichen. 
Aufgrund von Ungenauigkeiten bei den Messungen, Frostschäden und Dichtigkeitsproblemen, konnten quantitativ nur eine reduzierte Anzahl Messungen durchgeführt werden. Diese Faktoren beeinflussen auch die Relevanz der Daten. Das Modell ist grundsätzlich funktionstüchtig, was durch den erfolgreichen Phasenübergang sichtbar wird. Dieser konnte bei der Demontage beobachtet werden. 
Die Resultate zeigen bei mehreren Testläufen eine grosse Abweichung zwischen den gemessenen und den berechneten Werten. Auch in den grafischen Darstellungen der Temperaturen ist der Phasenübergang schlecht sichtbar. 
Die Bauart der Modelltanks ist jedoch vielversprechend. Mit der Kalibration der Temperatur-sensoren, dichteren Rohrübergängen und mehr Kontrolle über die Vorlauftemperatur zu den Tanks könnten weitere Experimente mit dem System durchgeführt werden.
description: eTanks as seasonal thermal energy storage systems are a very promising technology to use the almost infinite energy from the sun over the whole year. With their large storage capacity, relatively easy construction and lack of complicated parts, they are ideally suited in combination with solar thermal systems. The system still has disadvantages when it comes to the usage of solar power in Winter while temperatures are cold and angle of incidence to the panels are low. The colder return temperatures are difficult to store because of the low temperature difference to the eTank. A promising remedy for this scenario is the combination of an eTank with phase-changing-materials (PCM). These materials provide the possibility to increase the storage capacity at low temperatures. The PCM is selected according to its phase-change-temperature which can be precisely the return temperatures that are expected to be provided by the solar thermal system. 
Two model-eTanks are built to quantify this effect. The PCM is built in one of the tanks using a double-pipe system. Test runs are carried out at the solar laboratory at ZHAW. During these test runs, the tanks are thermally loaded and unloaded in parallel. All relevant data are logged during the test runs and later analyzed. During the evaluation, the measured data is compared to calculated possible values. 
Because of inaccuracies with the measurements, frost damage and leaks in the pipes, the quantity of the test runs was limited. These factors also affect the relevancy of the data. Based on observations during the disassembly, the PCM has successfully carried out the phase-change. This means that the model-tanks work. 
The results show a big difference between the measured and the calculated values in multiple test runs. The graphical analysis of the temperatures also shows no conclusive evidence of if, and at what temperature, the phase change happened.