Solarenergie Techniken und Anwendungen

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1 Solarenergie Techniken und Anwendungen Tallinn Seite: 1

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6 Solarenergie Techniken und Anwendungen Ziel des Seminars Überblick zu Möglichkeiten der Sonnenenergienutzung für Kleine und Mittlere Unternehmen durch den Einsatz von Solarwärme- und Solarstromanlagen Schwerpunkte - Warum Sonnenenergie nutzen? - Das Sonnenenergieangebot - Möglichkeiten der Sonnenenergienutzung - Technik und Anwendungsbeispiele - Kosten/Förderung und Nutzen - Kundenberatung Seite: 6

7 Solarenergie Techniken und Anwendungen Inhalte - Überblick Erster Tag ( Uhr) - Warum Sonnenenergie nutzen? - Einsatzmöglichkeiten von Sonnenenergie - Aufbau und Funktion von Solarthermischen Anlagen - Planung und Auslegung - Montage, Inbetriebnahme und Wartung - Kosten und Nutzen, Wirtschaftlichkeit Seite: 7

8 Solarenergie Techniken und Anwendungen Inhalte - Überblick Zweiter Tag ( Uhr) - Große Thermische Solaranlagen - Marktsituation Photovoltaik - Aufbau und Funktion von Solarstromanlagen - Kosten und Nutzen - Wirtschaftlichkeit - Kundenberatung Dritter Tag ( Uhr) - optional - Exkursion zu einer Solaranlage Seite: 8

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10 Warum Sonnenenergie nutzen? Bedrohte Gebiet beim Schmelzen des Grönlandeises (Anstieg um 6-7m; alle Gletscher +Antarktis: um 60-70m) Seite: 10

11 Warum Sonnenenergie nutzen? Weltweit steigende Kohlendioxid-Emissionen Seite: 11

12 Warum Sonnenenergie nutzen? Seite: 12

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14 Warum Sonnenenergie nutzen? Steigender Energieverbrauch Seite: 14

15 Warum Sonnenenergie nutzen? Durchschnittliche Energiepreissteigerung ca. 7% per anno ca. 7,5% / a (150$ ) ca. 4,5% / a (45$ ) Quelle: tecson, u.a. Seite: 15

16 Warum Sonnenenergie nutzen? Energiekosten heute - Energiekosten morgen Energiepreis in EUR 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Jahre 4% 7% 10% 15% Energiekostensteigerung um 4,7,10 oder 15% Seite: 16

17 Warum Sonnenenergie nutzen? Quelle: tecson, u.a. Seite: 17

18 Warum Sonnenenergie nutzen? Erneuerbare Energien: Potentiale Seite: 18

19 Warum Sonnenenergie nutzen? Seite: 19

20 Solarenergie und Arbeitsplätze Seite: 20

21 Solarwärmemarkt Europa Seite: 21

22 Solarwärmemarkt Deutschland Seite: 22

23 Solarwärmemarkt Deutschland Seite: 23

24 Das Sonnenenergieangebot astronomisch und meteorologisch bedingte Schwankungen Seite: 24

25 Das Sonnenenergieangebot Das Sonnenenergieangebot in Europa: Geografische Verteilung der Jahressummen (kwh/m 2 Jahr) Seite: 25

26 Das Sonnenenergieangebot Das Sonnenenergieangebot in Estland: Geografische Verteilung der Jahressummen (kwh/m 2 Jahr) Seite: 26

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28 Das Sonnenenergieangebot Seite: 28

29 Das Sonnenenergieangebot links oben: Pyranometer der Fa. Kipp & Zonen (Lambrecht, Göttingen) rechts oben: verkapselte Solarzelle (NES) links unten: MacSolar (solarc, Berlin) rechts unten: Sonnenscheinschreiber nach Campbell-Stokes (Lambrecht, Göttingen) Seite: 29

30 Möglichkeiten der Sonnenenergienutzung Seite: 30

31 Möglichkeiten der Sonnenenergienutzung Sonnenenergienutzung - Solarwärmeanlagen (solarthermische Anlagen) Umwandlung des Sonnenlichts in Wärme (Warmwasser, Heizung) - Solarstromanlagen (Photovoltaikanlagen) Umwandlung des Sonnenlichts in Strom (Eigenverbrauch oder/und Netzeinspeisung) Seite: 31

32 Möglichkeiten der Sonnenenergienutzung Solarwärmeanlagen - Solare Schwimmbadwassererwärmung (Frei- und Hallenbäder) - Solare Trinkwassererwärmung (Wohngebäude) - Solare Heizungsunterstützung (Übergangszeit, saisonal) - Solare Klimatisierung (Kühlung, Feuchte) - Solarthermische Stromerzeugung (Solarkraftwerke) Seite: 32

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34 Solarwärme - Komponenten Kollektorbauformen Seite: 34

35 Solarwärme - Komponenten Kollektorbauformen Seite: 35

36 Solarwärme - Komponenten Solare Schwimmbadwassererwärmung Seite: 36

37 Solarwärme - Komponenten Solare Schwimmbadwassererwärmung Seite: 37

38 Solarwärme - Komponenten Solare Schwimmbadwassererwärmung Seite: 38

39 Solarwärme - Komponenten Unverglaster Absorber aus Kunststoff Abstandshalter Flexrohr Verbinder Sammler / Verteiler Seite: 39

40 Solarwärme - Komponenten Absorber-Material EPDM Ethylen-Propylen-Dien-Monomere PP Polypropylen PE Polyethylen ABS Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere PVC Polyvinylchlorid (rigid or plasticised) Seite: 40

41 Solarwärme - Komponenten Unverglaster Absorber aus Edelstahl Seite: 41

42 Solarwärme Aufbau und Funktion Seite: 42

43 Solarwärme - Komponenten Flachkollektoren Luftkollektoren Flüssigkollektoren Vakuumflachkollektor Seite: 43

44 Solarwärme - Komponenten Luftkollektor Seite: 44

45 Solarwärme - Komponenten Solarwall Seite: 45

46 Solarwärme - Komponenten Luft/Luft-Wärmetauscher Seite: 46

47 Solarwärme - Komponenten Seite: 47

48 Solarwärme - Komponenten Flachkollektoren Seite: 48

49 Solarwärme - Komponenten Seite: 49

50 Solarwärme - Komponenten Selektive Beschichtung Kupfer: a=5% Schwarzlack: a=95% Schwarzchrom: a=95% TINOX: a=95% e=4% e=85% e=12% e=5% Absorption bezogen auf kurzwellige Strahlung Sonne Emission - bezogen auf langwellige Strahlung Wärmeabstrahlung des Kollektors Seite: 50

51 Solarwärme - Komponenten Absorberbauformen Seite: 51

52 Solarwärme - Komponenten Antireflexglas Seite: 52

53 Solarwärme - Komponenten E = Einstrahlung (W/m 2 ) E 1,E 2 = Verluste durch Reflektion Q 1,Q 2 = Wärmeverluste Q 3 = Nutzbare Wärme Seite: 53

54 Solarwärme - Komponenten Seite: 54

55 Solarwärme - Komponenten Kennwerte für Flachkollektoren Seite: 55

56 Solarwärme - Komponenten Vakuumröhrenkollektoren Wärmekonvektion Wärmeleitung Wäremstrahlung Seite: 56

57 Solarwärme - Komponenten Direkt durchströmte Vakuumröhrenkollektoren Standard-Vakuumröhrenkollektor CPC Röhre (mit Reflektor) Sydney Röhre (ohne Reflektor) Seite: 57

58 Solarwärme - Komponenten Direkt durchströmte Vakuumröhrenkollektoren Seite: 58

59 Solarwärme - Komponenten Ohne Reflektor Seite: 59

60 Solarwärme - Komponenten CPC mit Reflektor Seite: 60

61 Solarwärme - Komponenten Heat-pipe Vakuumröhrenkollektor Seite: 61

62 Solarwärme - Komponenten Heat-pipe Vakuumröhrenkollektor trockene Anbindung Seite: 62

63 Solarwärme - Komponenten Heat-pipe Vakuumröhrenkollektor nasse Anbindung Seite: 63

64 Solarwärme - Komponenten Kennwerte Vakuumröhrenkollektoren Seite: 64

65 Solarwärme - Komponenten Vakuumflachkollektor (Kalkgruber GmbH, Aschach/Steiermark, Österreich) Seite: 65

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67 Solarwärme - Komponenten Seite: 67

68 Solarwärme - Komponenten Entlüfter Seite: 68

69 Solarwärme - Komponenten Solarfluid Seite: 69

70 Solarwärme - Komponenten Solarfluid Seite: 70

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72 Solarwärme - Komponenten Seite: 72

73 Solarwärme - Komponenten Volumenstromanzeiger (Tacosetter) Seite: 73

74 Solarwärme - Komponenten Sicherheitsventil Seite: 74

75 Solarwärme - Komponenten Rückflußverhinderer Seite: 75

76 Solarwärme - Komponenten Regelung Temperaturdifferenz zum - Einschalten (DT = 5-7 K) - Ausschalten (DT = 1-2 K) Temperaturmessungen -Kollektorvorlauf -Speicherwasser (Höhe des Wärmetauschers) Seite: 76

77 Solarwärme - Komponenten Temperaturdifferenzregelung Seite: 77

78 Solarwärme - Controlling Seite: 78

79 Solarwärme - Komponenten Speicherübersicht Seite: 79

80 Solarwärme - Komponenten Bivalenter Trinkwasserspeicher Seite: 80

81 Solarwärme - Komponenten Energieinhalt und Speicherform Seite: 81

82 Solarwärme - Komponenten Speicherverluste Seite: 82

83 Solarwärme - Komponenten Seite: 83

84 Solarwärme - Komponenten Speicherbeladung in zwei Höhen Seite: 84

85 Solarwärme - Komponenten Kombipeicher Seite: 85

86 Solarwärme - Komponenten Speicher- Kessel- Kombination Seite: 86

87 Solarwärme - Komponenten Frischwassersysteme Seite: 87

88 Solarwärme - Komponenten Kombispeicher mit Frischwasserstation Seite: 88

89 Solarwärme - Komponenten Einteilung solarthermischer Anlagentypen Seite: 89

90 Solarwärme - Systeme Speicherbeladung mit Solarwärme a) Interner Solarwärmetauscher b) Interner Solarwärmetauscher mit Bypassschaltung c) Schichtenladung mit selbstregelndem Schichtenlader d) Schichtenladesystem mit zwei internen Wärmetauschern und Einspeisung über ein Dreiwegeventil in zwei unterschiedlichen Höhen Seite: 90

91 Solarwärme - Systeme Speicherbeladung durch Nachheizung a) Trinkwasserspeicher mit Nachheizung über Wärmetauscher b) Trinkwasserspeicher mit elektrischer Nachheizung c) Pufferspeicher mit Nachheizung über Einströmrohr d) Trinkwasserspeicher mit Nachheizung über nachgeschalteten Durchlauferhitzer (Gas oder Strom) Seite: 91

92 Solarwärme - Systeme Speicherentladung a) Trinkwasserspeicher mit Entnahme im heißesten Teil des Speichers (Bereitschaftsbereich) b) Pufferspeicher mit Entladung durch einen innenliegenden Wärmetauscher im oberen Bereich c) Pufferspeicher mit Entladung durch innenliegenden Wärmetauscher und Abströmrohr, Verbesserung von b) d) Tank-in-Tank-Speicher Seite: 92

93 Solarwärme Planung und Auslegung Vor-Ort Termin Seite: 93

94 Solarwärme Planung und Auslegung Vor-Ort Termin - Kundenwunsch - Warmwasser- / Raumwärmebedarf ermitteln / abschätzen - Rahmenbedingungen (Dachfläche, Verschattung, Kellerräumlichkeiten, Türbreiten) - Auslegung der Anlagekomponenten Kollektorfläche und Speichergrösse (Faustformeln) - Ertragsprognose und Berechnung zu erwartender Energieeinsparung mit Hilfe von Simulationsprogrammen - Kostenabschätzung unter Berücksichtigung von Fördermitteln - Berechnung der Amortisationszeit Seite: 94

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96 Solarwärme Planung und Auslegung Warmwasserverbrauch - mittlerer täglicher Warmwasserverbrauch pro Person (Deutschland 40 Liter (45 C)) - Warmwasserverbrauchsprofil (täglich, wöchentlich, monatlich) - Vorhandensein einer Zirkulationsleitung - Hygienische Anforderungen (Legionellenschutz) - zusätzliche Verbraucher (Waschmaschine, Geschirrspüler) Seite: 96

97 Solarwärme Planung und Auslegung Heizwärmeverbrauch - Güte des Wärmeschutzes des Gebäudes (spezifischer Jahresheizwärmeverbrauch in kwh/m 2 WF) - Radiatoren- oder Flächenheizung - Heizgrenztemperatur - Größe zu beheizende Grundfläche - gewünschte Raumtemperatur Seite: 97

98 Solarwärme Planung und Auslegung Flach- oder Röhrenkollektor? Flachkollektor: + gutes Preis-/Leistungsverhältnis + empfehlenswert bei günstigen Rahmenbedingungen Röhrenkollektor: + 30% geringerer Flächenbedarf + Flachdach: Horizontale Montage möglich + ungünstige Ausrichtung (Drehung möglich) + hohe Temperaturen Seite: 98

99 Solarwärme Planung und Auslegung Seite: 99

100 Solarwärme Planung und Auslegung - Planung und Auslegung Seite: 100

101 Solarwärme - Bilanz Seite: 101

102 Solarwärme Planung und Auslegung Solare Warmwasserbereitung: - Kollektorfläche: ca. 1-1,5 m² pro Person 1) - Speichervolumen: ca. 80 Liter pro Person 1) 1m 2 bei Vakuumröhrenkollektoren, 1,5m 2 bei Flachkollektoren Seite: 102

103 Solarwärme - Komponenten Seite: 103

104 Solarwärme Planung und Auslegung Solare Heizungsunterstützung: - Kollektorfläche ca. 2-3 m² pro Person 1) - Speichervolumen: ca. 50 Liter Speicher pro m² Kollektorfläche 2) 1) 2m 2 bei Vakuumröhrenkollektoren 3m 2 bei Flachkollektoren 2) 60 L bei Flachkollektoren 80 L bei Vakuumröhrenkollektoren Seite: 104

105 Solarwärme Planung und Auslegung Seite: 105

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107 Solarwärme Planung und Auslegung Solarwärme XXL Seite: 107

108 Solarwärme Planung und Auslegung Sonnenhaus Seite: 108

109 Solarwärme Planung und Auslegung Solare Nahwärme - Langzeitwärmespeicher - Ab 100 Wohneinheiten - 1,4-2,4m 2 FK/MWh jährl. Wärmebedarf - 1,4-2,1m 3 /m 2 FK Seite: 109

110 Solarwärme - Montage (Wagner & Co., Cölbe) Seite: 110

111 Solarwärme - Montage (Wagner & Co., Cölbe) Seite: 111

112 Solarwärme - Montage (Wagner & Co., Cölbe) Seite: 112

113 Solarwärme - Montage Seite: 113

114 Solarwärme - Montage Seite: 114

115 Solarwärme - Montage (Wagner & Co., Cölbe) Seite: 115

116 Solarwärme - Montage Seite: 116

117 Solarwärme - Montage Seite: 117

118 Solarwärme - Montage Seite: 118

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