Solare Brauchwassererwärmung und Raumheizung

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1 Solare Brauchwassererwärmung und Raumheizung Beispiel: System mit Kombispeicher Vorteil: gutes Preis-/Leistungsverhältnis! Optimierte Anordnung einer Solaranlage Flachkollektoren gutes Preis- /Leistungsverhältnis Küche Hauswirtschaftsraum Bad alternativer Aufstellort für den Speicher: Abstellraum Brennwert-Gas-Wandheizgerät als Dachheizzentrale geringe Kosten hoher Nutzungsgrad Solar-Speicher 1. zapfstellennah 2. kollektornah 3. heizgerätenah installiert geringe Kosten hoher Nutzungsgrad hoher Komfort

2 Solares Angebot und energetische Nachfrage wirtschaftliche Solaranlagendimensionierung am Beispiel EFH Solare Brauchwassererwärmung + Raumheizung - A K = m 2, V S = l, ca D S,Jahr = % bzw. ca kwh/a wirtschaftliches Optimum - D S,Sommer = 100 % Zusatzheizung außer Betrieb Solare Brauchwassererwärmung - A K = 4-6 m 2, V S = l, ca D S,Jahr = % bzw. ca kwh/a - D S,Sommer = ca. 100 % Zusatznutzen größerer Kollektorflächen wird immer geringer, da Wärmebedarf im Sommer schon abgedeckt A K : Kollektorfläche; V S : Speichervolumen; D S : solare Deckungsrate Solarhäuser mit saisonalen Energiespeichern Heizenergieautarke Häuser am Markt Beispiel Weber Haus: 40 m 2 Solarkollektoren 18 m 3 Wasserspeicher Mehrkosten 500 /m 2 Zukünftige Alternative zu Wasserspeichern: Adsorptionsspeicher Vorteile: - hohe Energiedichten (2-5 fach größer als Wasser) - nahezu keine Wärmeverluste (physikalisch/chemische Speicherung statt thermischer Speicherung) - hohe Umweltverträglichkeit Projekte: UFE Solar / FhG-ISE, seit 1996: Silikagel/Wasser-Speicher zur saisonalen Solarenergiespeicherung in einem Niedrigenergiehaus (ca. 90 % solare Deckung = 3600 kwh/a bei 30 m 2 Solarkollektor und 6 m 3 Speicher) TU München, seit 1997: Zeolith/Wasser-Speicher zur Spitzenlastvermeidung in Fernwärmenetz, 10 m 3 Volumen, 1330 kwh Speicherkapazität

3 Solare Nahwärme: Brauchwassererwärmung Kollektorfläche: ca. 1 m 2 /Person Speichervolumen: ca. 50 l/m 2 Kollektorfl. Wärmegestehungskosten: ca ct/kwh solarer Deckungsgrad: ca. 25 %, (bezogen auf Energiebedarf zur Warmwassererwärmung) analog: Mehrfamilienhaus Solare Nahwärme: Brauchwasser + Heizung Kollektorfläche: ca. 0,1... 0,2 m 2 /m 2 Nutzfläche Speichervolumen: ca m 3 /m 2 Kollektorfläche Wärmegestehungskosten: ca ct/kwh solarer Deckungsgrad: ca % (bezogen auf Gesamtenergiebedarf) analog: Mehrfamilienhaus

4 Solare Nahwärme, MFH Einzelanlage im EFH Solarer Deckungsanteil [%] Solarer Wärmepreis [ct/kwh] warmes Wasser + Raumheizung Einfamilienhaus mit Kurzzeit-Wärmespeicher Mehrfamilienhaus, Siedlung / Nahwärme mit Langzeit-Wärmespeicher nur warmes Wasser Einfamilienhaus mit Kurzzeit-Wärmespeicher Mehrfamilienhaus, Siedlung / Nahwärme mit Kurzzeit-Wärmespeicher Quelle: BINE Projekt Info 12/96, Ökoinstitut e.v Stromerzeugung mit Solarenergie Übersicht über Umwandlungs- und Nutzungsmöglichkeiten Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen auf Wohnhäusern, ca kw Peakleistung (ca m 2 Modulfläche) auf Zweckbauten und auf freiem Feld, bis ca kw Peakleistung Peakleistung = Messwert unter Standard-Test-Conditions STC d.h. unter anderem aktuelle Globalstrahlungsleistung = 1000 W/m 2 (entspricht etwa der maximal möglichen Solarstrahlung in der BRD), Temperatur der Solarzellen = 25 C (je kühler desto höher die Stromproduktion) Photovoltaikanlagen ohne Netzkopplung dezentrale Inselsysteme meist kleiner Leistungen entfernt gelegene Verbraucher, Verkehrstechnik, Freizeitbereich,... Thermische Solarkraftwerke mit fokussierenden Spiegeln und konventionellem Kraftwerksprozess nur in Ländern mit hohem Direktstrahlungsanteil (Fokussierung!) Parabolrinnen, Türme mit Spiegelfeldern, Heliostaten

5 Netzgekoppelte Photovoltaikanlage - Standard BRD Solar-Generator (mit Blitzschutz) Modulanschlußleitung Generatoranschlußkasten (mit Sicherung, Erdung etc.) Solarzelle /-element z.b. 10x10cm kristalline Scheibe Solarmodul undurchsichtig/durchs., optimale Neigung ca Stromkreisverteiler Gleichstromhauptleitung Gleichstromseitige Freischalteinrichtung Hausanschlußkasten Stromzähler DC AC Wechselrichter Gleichstrom DC / Wechselstrom AC EVU-Netz Verbrauch Erzeugung = Einspeisung Wechselstromseitige Freischalteinrichtung Aufbau einer Solarzelle Licht Licht strahlungsinduzierter Strom Materialien: Silizium (polykristallin, monokristallin, amorph), Galliumarsenid, Cadmiumtellurid,... Form: kristalline Scheiben (ca. 400 µm), dünne Schichten (ca. 2 µm),... Quelle: Kaltschmitt/Wiese, 1997

6 Stromerzeugung mit Photovoltaik Daten der Beispielanlage Stromerzeugung ca. 850 kwh/a Solare Globalstrahlung in Modulebene = 1055 kwh/m 2 a entsprechend z.b. Standort Essen, Module mit 30 Neigung nach Süden Peakleistung = 1 kw entsprechend ca. 8 m 2 Modulfläche Jahres-Nutzungsgrad der Energieumwandlung von Solarstrahlung in Strom = 12 % Stromerzeugung ca. 850 kwh/a Stromerzeugung = 850 kwh/a (Bandbreite an real ausgeführten Anlagen = kwh/a pro 1 kw Peakleistung) Quelle: RWE-Bauhandbuch, 1998 Netzgekoppelte PV-Anlagen - Kosten Investkosten: - ca pro kw Peakleistung (d.h. pro ca. 8 m 2 Modulfläche) - bis ca pro kw Peakleistung bei sehr großen Anlagen (Mengenrabatt) Lebensdauer: - Herstellergarantie auf PV-Module von bis zu 25 Jahren - Wechselrichter ggf. kleiner als 20 Jahre (deutliche Produktunterschiede) Förderung: Dächer-Programm: zinsgünstiger Kredit - zusätzliche Zuschussförderung von Bund, Land, Kommune, EVU möglich - Stromeinspeisevergütung von ca. 45 ct/kwh, garantiert nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (in Kraft seit April 2000) Fazit: Photovoltaik-Anlagen sind unter den aktuellen Randbedingungen in Deutschland aus Sicht eines Investors kostenlos. Investiertes Geld fließt über die Stromeinspeisevergütungen während der Lebensdauer der Anlage zum Investor zurück.