Solaranlagen für Warmwasser und Heizungsunterstützung

Transkript

1 Solaranlagen für Warmwasser und Heizungsunterstützung Die Energie der Sonne nutzen Beitrag J. Kuhn 1

2 Solaranlagen für Warmwasser und Heizungsunterstützung Solare Rahmendaten Randbedingungen für den Bau Dimensionierung der Solaranlage Schichtspeicher mit Frischwassersystem Wesentliche Bauteile der Solaranlage Kosten, Förderung und Wirtschaftlichkeit Online Systemsimulation der Anlage Innovative Neuentwicklungen 2

3 Verteilung der Globalstrahlung in Deutschland Durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung in kwh/m 2 Eresing: kwh/m 2 a 3

4 Jahresgang der Globalstrahlung 4

5 Jahreszeitlich bedingter Sonnenstand 5

6 Einstrahlwinkel und Energieertrag 100% 90% 70% Energieerträge in Abhängigkeit vom Einstrahlwinkel bei 45 Kollektorneigung 6

7 Optimierung der Kollektorneigung zur Heizungsunterstützung Durchschnittliche Einstrahlung pro m² während der Heizperiode (Jan., Feb., Mrz., Okt., Nov. u. Dez.) bei 30 Koll. Neigung: bei 60 Koll. Neigung: 529 kwh 585 kwh 7

8 Abschätzung des Energieertrags N W S 8

9 Randbedingungen und Vorgaben für den Bau einer Solaranlage Wohnfläche des Musterhauses in Eresing Energiebedarf nach Dämmung einschl. Wärmebrücken Energiebedarf für Warmwasser (4 Personen) Summe: Wärmedämmstandard Dachneigung Südabweichung des Daches Geografische Lage von Eresing Wasser Gesamthärte Durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung 190 m² kwh/a kwh/a kwh/a kfw ' nördl Breite 11 1' östl.länge 21,4 dh = Härtebereich kwh/m² a 9

10 Dimensionierung der Solaranlage Kollektorfläche: Flachkollektor (Fk) Vakuumröhrenkollektor (Rk) Speichervol. für Heizung und Warmwasser 0,8 1,1m² pro 10 m² Wohnfläche 0,5 0,8m² pro 10 m² Wohnfläche 70 l pro m² Kollektorfläche Für das Musterhaus gewählt Flachkollektor V. Röhrenkollektor (1,1 190 m²) : 10 = ca. 20 m 2 ( m²) : 10 = ca. 15 m² Speichervolumen Flachkollektor Vakuumröhrenkollektor Kollektorneigung 70 l 20 = 1400 l 70 l 15 = 1050 l 50 (alternativ auch 60 möglich) 10

11 Hydraulikplan einer Heizanlage 11

12 Speicherkonzept Gemeinsamer Speicher für Warmwasser und Heizung (Kombi bzw. Multifunktionsspeicher) Schichtladespeicher mit Frischwassersystem, Solarkreis, Verbraucherkreise und Heizkreise Warmwasserkapazität 2 bis 3 Tage Geringe Wärmeverluste, Mindestdämmung 10 cm Kostengünstiger Stahlspeicher Hohe Heizwasserspeicher Temperatur (90 bis 95 C) 12

13 Frischwassersysteme Entlüftungen RL Trinkwasser Trennblech VL Trinkwasser Frischwassermo dul Solarwärmetauscher Trennblech VL Heizkreis RL Heizkreis Internes Externes 13

14 Wesentliche Bauteile einer Solarthermieanlage 14

15 Flachkollektor oder Vakuum Röhrenkollektor Flachkollektor Röhrenkollekt. Jahreswärmeertrag (kwh/m² a) Preis / Leistungsverhältnis günstig ca. 30% > Fk U Wert ( W / m²*k ) Temperaturbereich Stagnations Temperatur bis Anwendung Kollektorneigung bei Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung max. Kollektorgröße ca. 4 < C C 250 C bis 350 C Warmwasserbereitung + Heizung 35 bis 80 ca. 20 m² ca. 5 m² 15

16 Flachkollektor 16

17 Vakuum Röhrenkollektor 17

18 Durchflussraten im Solarkreislauf High Flow l / m² h einfache langjährige Systemtechnik guter Wirkungsgrad des Kollektors Low Flow 8 15 l / m² h höherer Solarertrag dünnere Rohre kleinere Pumpenleistung Matched Flow 8 40 l / m² h vereint die Vorteile von High Flow und Low Flow 18

19 Aufgaben des Solarreglers Display für Bedienung und Anzeige Zweipunkt Temperaturregelung zwischen Kollektor und Speicher Funktionskontrolle und Fehlermeldungen der Solaranlage Pumpenschalter und Drehzahlregelung Speichertemperaturbegrenzung (max C) Betriebsstundenzähler Wärme Ertragsmengenzähler (kwh pro Tag und Jahr) Kollektorschutzfunktion Steuerung der Nachheizung des Speichers Steuerung der Zirkulationsleitung Timer und Kalenderfunktionen Steuerung eines Zweit Speichers Fernanzeige über ein zweites Display 19

20 Kosten und Zuschüsse der BAFA Großflächen Flachkollektor 20 m² Solar Keymark Nr Kollektorflüssigkeit mit Frostschutz, Solarrohr Digitaler Systemregler, Anschlussmaterial und Kleinteile Montagekosten Eigenleistung (nicht berechnet) BAFA Zuschüsse Basisförderung ( ) Umwälzpumpenbonus Solarpumpenbonus Summe Summe Nachrichtliche Kosten des Kombispeichers mit Frischwassersystem

21 Wirtschaftlichkeit der Solaranlage Eigener Kapitalaufwand Gesamtkosten der Solaranlage abzüglich BAFA Zuschuss Restfinanzierung Energieertrag der Solaranlage pro Jahr : rund 5000 kwh, das entspricht ca. 500 l Die Einsparung beträgt somit 500 0,60 = 300 / Jahr Nach der Kapitalwertmethode hat sich die Solaranlage ohne Anrechnung der Kombispeichers nach ca. 17 Jahren amortisiert (3% Kalkulationszins und jährliche 6 % Ölpreissteigerung, Ölpreis 2010: 0.60 / l) Bei Verzicht auf die Verzinsung des eigenen Kapitals verkürzt sich die Zeit auf 13 Jahre. 21

22 Förderprogramme der BAFA 22

23 Solarergebnisse des Flachkollektorsystems Einstrahlung: Systemertrag: kwh/a kwh/a Deckungsanteil: 23% CO 2 Einsparung: kg/a 23

24 Solarergebnisse des Vakuum Röhrenkollektorsystems Einstrahlung: Systemertrag: kwh/a kwh/a Deckungsanteil: 24% CO 2 Einsparung: kg/a 24

25 Begriffe 25

26 Kombimodul für Solarstrom und Solarwärme Kombimodul 26

27 Pellet System mit Kombispeicher 27

28 Aqua System mit Vakuum Röhrenkollektoren 28

29 Quellen und Literatur Solarenergie im Haus, Franzisverlag. ISBN Solaranlagen ( Handbuch ) Ökobuch ISBN Deutscher Wetterdienst, Sonneneinstrahlung Thermie energien/innovationsförderung Fachhochschule Ingolstadt, Kompetenzzentrum Solartechnik Uni Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik ITW Messe München, Intersolar