Inhaltsverzeichnis Geleitwort........................... 5 Vorwort............................. 7 1 Bedeutung der Solartechnik................ 15 1.1 Energiesituation.................... 15 1.2 Erneuerbare Energien................. 18 1.3 Senkung der CO 2 -Emission durch Einsatz thermischer Solaranlagen...................... 19 2 Energiequelle Sonne.................... 23 2.1 Strahlungserzeugung.................. 23 2.2 Solarstrahlung..................... 23 2.3 Globalstrahlung.................... 24 3 Solarstromerzeugung................... 31 3.1 Photoeffekt...................... 31 3.2 Solarzellen....................... 32 3.2.1 Siliziumsolarzellen............... 32 3.2.2 Strom-Spannungs-Kennlinie.......... 36 3.2.3 Kenndaten der Solarzellen........... 38 3.2.4 Spezielle Solarzellen.............. 39 3.3 Solarmodule...................... 40 3.3.1 Konstruktion von Solarmodulen........ 40 3.3.2 Solargenerator................. 42 3.3.3 Industrielle Module.............. 43 4 Solarstromsysteme Einteilung.............. 47 5 Autonome Systeme.................... 49 5.1 Direktversorgung von 12/24-V-Verbrauchern..... 49 5.2 Autonome Systeme mit Speicherung.......... 49 5.3 Generatordimensionierung............... 50 5.4 Modulaufstellung................... 54 5.5 Batteriekapazität.................... 55 5.6 Autonome Systeme für Wechselstrombetrieb...... 56 5.7 Installation und Montage............... 57 9
5.8 Komponenten autonomer Systeme........... 59 5.8.1 Solarakkus................... 59 5.8.2 Laderegler................... 66 5.8.3 Wechselrichter für autonome Systeme..... 68 5.8.4 Installationsmaterial.............. 72 5.9 Anwendungsbeispiele autonomer Systeme....... 77 6 Solarstromanlagen mit Netzparallelbetrieb....... 83 6.1 Grundprinzip..................... 83 6.2 Solarstromanlagen mit zentralem Wechselrichter... 86 6.3 Solarstromanlagen mit modularem Wechselrichter... 86 6.4 Wechselrichterparameter und Auswahlkriterien.... 88 6.5 Strang-Wechselrichter................. 90 6.6 Montage........................ 94 6.7 Installation....................... 95 6.8 Inbetriebnahme und Wartung............. 96 6.9 Planung und Organisation............... 97 6.10 Beispiele für netzgekoppelte Solarstromanlagen.... 100 6.10.1 Dachintegrierte Generatoren.......... 100 6.10.2 Solarstromfassaden.............. 104 6.10.3 Netzeinspeiseanlage in Strangtechnik..... 105 6.11 Software für Solarstromanlagen............ 107 7 Physikalische Grundlagen zu Wärmegewinnung aus Sonnenenergie..................... 109 7.1 Umwandlung von Licht in Wärme........... 109 7.1.1 Elektromagnetische Wellen und deren Umwandlung in Wärme............ 110 7.1.2 Absorptionsvermögen............. 112 7.1.3 Emissionsvermögen.............. 112 8 Wärmetechnische Maßnahmen zum optimalen Wärmeertrag aus Sonnenenergie............. 115 8.1 Absorber........................ 115 8.1.1 Absorberbeschichtung............. 117 8.1.2 Absorberbauformen.............. 119 8.2 Gehäuse........................ 121 8.2.1 Flachkollektor................. 122 8.2.2 Vakuum-Röhrenkollektor........... 124 Vakuumröhren mit direkter Anbindung an den Solarkreislauf.............. 126 Vakuumröhren nach dem Heatpipe-Prinzip.. 128 8.3 Transparente Kollektorabdeckung........... 131 10 Inhaltsverzeichnis
9 Bestimmung wärmetechnischer Leistungsparameter von Kollektoren...................... 135 9.1 Energieflussbild am Kollektor............. 135 9.2 Optischer Wirkungsgrad................ 139 9.3 Stillstandstemperatur................. 140 9.4 Kollektor-Gesamtwirkungsrad............. 142 9.4.1 Reduzierte Temperaturdifferenz........ 144 10 Solarkreislauf........................ 149 10.1 Wärmeträgerflüssigkeit................ 150 10.1.1 Drain-Back-System............... 153 10.1.2 Mengenbestimmung des Glykolbedarfs.... 154 10.2 Rohrleitungssystem.................. 156 10.2.1 Dimensionierung des Rohrleitungssystems... 159 10.3 Wärmetauscher.................... 162 10.3.1 Rippen- oder Glattrohr-Wärmetauscher.... 162 10.3.2 Rohrbündel-Gegenstrom-Wärmetauscher, Plattenwärmetauscher............. 164 10.3.3 Dimensionierung des Wärmetauschers..... 165 10.4 Umwälzpumpe..................... 167 10.4.1 Dimensionierung der Umwälzpumpe...... 168 10.5 Kollektorfeld...................... 171 10.5.1 Dimensionierung des Kollektorfeldes..... 173 10.6 Eigensicherheit des Solarkreislaufs........... 176 10.6.1 Dimensionierung des Membran-Druckausdehnungsgefäßes.............. 178 10.7 Wärmemengenzähler.................. 182 11 Kollektorfeldmontage................... 185 11.1 Sicherheitshinweise zur Kollektormontage....... 186 11.2 Komplettierung von Kollektoren............ 190 11.2.1 Flachkollektoren................ 191 11.2.2 Vakuum-Röhrenkollektoren.......... 191 11.3 Kollektorfeldanordnung................ 193 11.3.1 Dachintegration des Kollektorfeldes...... 193 11.3.2 Aufdach-Montage............... 194 11.3.3 Flachdach-Montage.............. 195 11.4 Ausrichtung des Kollektorfeldes............ 200 11.5 Blitzschutz und Erdung................ 202 12 Solarspeicher........................ 205 12.1 Anforderungen an Solarspeicher............ 205 12.2 Reduzierung von Wärmeverlusten durch Wärmedämmung 209 Inhaltsverzeichnis 11
12.3 Speichervolumen und Speicherausführungen...... 211 12.3.1 Thermosiphon-Speicher............ 212 12.3.2 Kombispeicher................. 213 12.4 Begrenzung der Speichertemperatur.......... 214 12.5 Brauchwassermischer................. 214 12.6 Legionellen im Brauchwasserspeicher......... 216 12.7 Solar-Pufferspeicher.................. 217 13 Regelung der Temperatur im Kollektorfeld und Speicher 221 13.1 Temperaturfühler................... 222 13.2 Temperaturdifferenzregelung.............. 224 14 Planung und Dimensionierung thermischer Solaranlagen zur Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung.................. 229 14.1 Anlagen zur Brauchwassererwärmung......... 232 14.1.1 Ermittlung des Wärmebedarfs......... 232 14.1.2 Ermittlung der Kollektorfeldgröße....... 234 14.1.3 Festlegungen zur Speichergröße und Nachheizungsanbindung............... 236 14.2 Anlagen zur Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung................. 238 14.2.1 Ermittlung der Kollektorfeldgröße....... 239 14.2.2 Anlagenkonzepte für Ein- und Zweifamilienhäuser.............. 239 Einspeicher-Anlage mit Kombispeicher.... 239 Zweispeicher-Anlage mit Brauchwasserund Pufferspeicher............... 241 Einspeicher-Anlage mit Pufferspeicher und Brennwertkessel.............. 241 14.2.3 Low-flow-Konzept............... 244 14.3 Computer-Berechnungsverfahren........... 245 14.3.1 TSOL..................... 247 14.3.2 f-chart..................... 247 15 Thermische Solaranlagen zur Schwimmbadwassererwärmung......................... 253 15.1 Absorbermaterialien und Bauformen.......... 255 15.2 Anordnung des Absorberfeldes............ 258 15.3 Funktionsprinzip einer Solaranlage zur Schwimmbadwassererwärmung................... 262 15.4 Bestimmung der Absorberfeldgröße.......... 265 12
16 Solarthermische Großanlagen............... 271 16.1 Solar unterstützte Nahwärmeversorgung........ 272 16.1.1 Anlagen mit Kurzzeit-Wärmespeicher..... 272 16.1.2 Anlagen mit Langzeit-Wärmespeicher..... 273 16.2 Solare Gebäudekühlung................ 277 17 Inbetriebnahme und Wartung............... 281 17.1 Inbetriebnahme.................... 281 17.2 Wartung........................ 287 18 PV-Marktentwicklung und Solarstromförderung.... 291 18.1 Marktentwicklung................... 291 18.2 Solarstromförderung.................. 292 19 Kundengespräch und Akquisition............. 293 19.1 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen........... 293 19.1.1 Amortisationsmethode............. 294 19.1.2 Annuitätenmethode.............. 294 19.1.3 Barwertmethode................ 298 19.2 Kundengruppen.................... 301 19.3 Produkte und Dienstleistungen............. 302 19.4 Gestaltung des Kundengesprächs........... 303 Anhänge............................ 311 A.1 Technische Regeln, die bei der Projektierung und Ausführung von Solarstromanlagen zu beachten sind.......... 311 A.2 Technische Regeln für die Installation und Montage von thermischen Solaranlagen................ 313 Anschriftenverzeichnis..................... 317 Verzeichnis der für die Förderung von Solarenergie zuständigen Institutionen................... 319 Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen und Einheiten 322 Literatur- und Quellenverzeichnis............... 326 Glossar............................ 329 Stichwortverzeichnis...................... 341 Inhaltsverzeichnis 13