Solarthermie. Vorlesung Technischer Ausbau. Thema
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- Herbert Holzmann
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1 Vorlesung Technischer Ausbau Thema Physikalische Grundlagen; Prinzip Sonnenernte; solare Deckungsrate Anlagenkonzeptionen Flachkollektoren, Vakuumkollektoren Luftkollektoren Langzeitspeicher Kurzzeitspeicher Beispiele
2 Nutzung von Sonnenenergie (direkte und indirekte Strahlung) durch Umwandlung in Wärme. Wärmeabgabe an ein strömendes Medium (idr Wasser oder Wasser-Glycol-Mischung, Luft). Konstruktionen: Kollektoren, Solarkollektoren Klassifikation: aktive Sonnenergienutzung, direktes System zum Vergleich: passive Maßnahmen idr baulich indirekte Systeme: Wärmepumpen, Geothermie
3 Charakteristische Sonnenstrahlung für Deutschland Quelle RWE Bau-Handbuch 12. Auflage 1998
4 Nutzungsmöglichkeiten Sonnenenergie aktive Systeme passive Systeme elektrische Nutzung thermische Nutzung Hochtemperatur Niedertemperatur Schwimmbaderwärmung Brauchwasserbereitung Heizungsunterstützung
5 Karte der Sonneneinstrahlung Kiel Schwerin Hamburg Bremen Wettringen Düsseldorf Wiesbaden Mainz Saarbrücken Stuttgart Berlin Hannover Potsdam Magdeburg Erfurt München Dresden Durchschnittliche Sonnenscheindauer in Stunden pro Jahr
6 Leistung der Sonneneinstrahlung Sonne 1400 W/m 2 Atmosphäre Absorptionsverluste 300W/m 2 Streuungsverluste 100 W/m 2 Erdoberfläche Kollektornutzleistung W/m 2 Diffuse Strahung Kollektorverluste W/m 2
7 Vorgänge in der Erdatmosphäre Reflexion Erdatmosphäre Streuung Absorption Diffuse Strahlung Direkte Strahlung Bodenreflexion
8 Direkte und diffuse Strahlung 6 6 direkte Strahlung diffuse Strahlung kwh m² d Monat Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 0 0
9 Mittelwerte der Täglichen Einstrahlung Auf eine 30 GRD geneigte Fläche nach Süden kwh / m²d Quelle RWE Bau-Handbuch 12. Auflage Sonneneinstrahlung im Jahr DIREKTE STRAHLUNG 469 kwh/ m²a JAHRESSUMME 1055 kwh/ m²a DIFFUSE STRAHLUNG 586 kwh/ m²a Jan Feb März Apr Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dez
10 Sonnenhöhe über Deutschland Nordpol Sonnenstrahlen Sonnenhöhe Äquator 50 0 Südpol
11 Sonnenhöhe Nordpol Sonnenstrahlen Äquator 0 0 Südpol
12 Deklination 23 0 Deutschland Äquator Die Nord - Südpolachse der Erde ist gegen die Ebene Erde - Sonne um 23,45 0 schräg gestellt.
13 Sonnenhöhe Winterbeginn Herbstbeginn Frühlingsbeginn Sommersonnenwende 21/22 Juni
14 Bestimmung der Schattenlänge Gebäudehöhe H Sonnenhöhe in Grad Januar Februa April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Schattenlänge L Winkel Faktor F L = H / tanα oder L = H / F 60 1, , , ,36
15 Komponenten einer Solaranlage Sonnenkollektor Solarkreis Solarstation mit Regelung Bivalenter Speicher- Wassererwärmer Warmwasser Kaltwasser Heizkessel mit Regelung Funktionen! Solarkollektor: Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme! Solarkreis mit Solarstation: Wärmetransport vom Kollektor zum Speicher- Wassererwärmer! Speicher- Wassererwärmer: Ausgleich zwischen solarem Energieangebot und Verbrauch
16 Solarkreislauf 1 Kollektor 2 Kollektorfühler 3Entlüfter 4 Überspannungsschutz 5 Verrohrung und Isolation 6 Komplettstation 7 Absperrhähne 8 Schwerkraftbremse 9 Umwälzpumpe 10 Regelung 11 Füllhahn 12 Sicherheitsventil 13 Auffangbehälter 14 Ausdehnungsgefäß 15 Fühlerleitungen 16 Speicherfühler 17 Speicher 18 Wärmetauscher 19 Warmwassermischer
17 Solarthermische Anlage mit Warmwasserspeicher; bei nicht ausreichender Speicherwärme kann der Heizkessel das Trinkwasser erwärmen (1:Kollektor, 2: Speicher, 3: Heizkessel, P1,P2: Pumpen)
18 Thermische Solaranlage mit Einbindung der Solarkollektoren in das Heiznetz; das in der Solarkollektoranlage (8) erwärmte Wasser erwärmt (7) den kombinierten Speicher (9); der Solarkreis (4) wird mit Wasser-Monoethylenglycol betrieben; erzeugt die Kollektoranlage ausreichend Wärme und wird kein Trinkwarmwasser (6) abgenommen wird Rücklaufwasser des Heizkessels (10) vorgewärmt entnommen. (1):Solarregelung;(2,3,5) Temperatursensoren
19 Flachkollektor Vorlaufanschluss ( Schlauchverbindung) Fühlertauchhülse Glasabdeckung GFK- Rahmen Stripabsorber Isoliermaterial Rohrharfe Gehäusewanne Rücklaufanschluss
20 Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
21 Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
22 AWO Leipzig Quelle:
23 Maximalstrahlung der Globalstrahlung in W/m² für unterschiedliche Neigungswinkel für 50 nördlicher Breite Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
24 Monatliche Sonnenstunden für den Ort Würzburg Heizenergiebedarf und Solarenergieangebot Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
25 Der Wirkungsgrad und die solare Deckungsrate von Kollektoren ist wesentlich von der Ausrichtung (Himmelsrichtung und Anstellungswinkel) abhängig Ideale Aufstellung: (Aufstellungswinkel gegen Waagerechte) Sommer: Winter: Süd; GRD C Süd; GRD C Ganzjährig: Süd; GRD C
26 Der Wirkungsgrad von Solarkollektoren kann durch Spiegel verbessert werden Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
27 Bauarten von Kollektoren Solarkollektoren Fla ch ko llekt o ren Vakuumkollektoren Speicherkollektoren Lu f t k o lle k t o re n
28 Beispiel: Flachkollektor Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
29 Quelle:
30 Funktion Flachkollektor Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
31 Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
32 Quelle:
33 Beispiel Röhrenkollektor Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
34 Das Prinzip der Vakuumkollektoren Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
35 Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
36 Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
37 Röhrenkollektoren können durch Verstellung des Absorbers flexibel angeordnet werden Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
38 Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
39 Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
40 Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
41
42 Kühlen mit der Sonne? Solare Kühlung; prinzipieller Unterschied zwischen Antrieb mit Photovoltaik (links ) und thermischer Antrieb (rechts)
43 Solar unterstützte Kühlung mit Desiccant Cooling Systems (DCS) mit rotierendem Trocknungsrad; 1: Solarkollektor; 2: Speicher; 3: Heizkessel; 4: Rotationswärmetauscher; 5:Wärmerückgewinnung; 6: Befeuchter; 7: solare interne Lasten
44 Solarkollektoren mit Luft als Wärmeträger? Luft-Solarkollektor zur Vorerwärmung der Außenluft; AU:Außenluft; FO: Fortluft; ZU: Zuluft; AB: Abluft; RLT: Raumlufttechnisches Zentralgerät mit Wärmerückgewinnung
45 Luftkollektor für solare Nutzung im geschlossenen System; Wärmeabgabe über Bauteilaktivierung und Speicherung bei Überschusswärme im Pufferspeicher
46 Fassadenintegrierte Solar-Luftkollektoren zur Vorerwärmung der Außenluft vor Eintritt in die RLT-Anlage
47 Solar-Luftkollektor mit gebäudeintegriertem Wärmespeicher
48 Luft-Solarkollektor zur Vorerwärmung der Außenluft; AU:Außenluft; FO: Fortluft; ZU: Zuluft; AB: Abluft; RLT: Raumlufttechnisches Zentralgerät mit Wärmerückgewinnung
49 Luftkollektoren werden in der Landwirtrschaft erfolgreich eingesetzt: hier Trocknung von Heuballen Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
50 Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
51 Das Thermosiphonprinzip: Bedingung: Der Speicher muss über der Kollektorebene liegen!! Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
52 Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
53 Quelle: Ulrich Fox Sonnenkollektoren 1998
54 Kiesspeicher als saisonaler Wärmespeicher für ein solares Nahwärmekonzept mit thermischen Solarkollektoren
55
56 Oberschulenzentrum in Bruneck/Südtirol der Jahreswärmebedarf beträgt kwh/a 750 m² Quadratmeter Kollektorfläche Quelle: Viessmann Das Heiztechnik-Magazin 2000 Ausgabe1
57 Studentenwohnheim Zwickau Quelle:
58 Studentenwohnheim Leipzig Quelle:
59 AWO Leipzig Quelle:
60 Quelle:
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