„Solarthermie & Photovoltaik“ Dr.-Ing. J. Blumenberg Dr.-Ing. M. Spinnler 0. - 1
2.1
Solarkollektoren → Flachkollektoren — Wasserkollektoren — Speicherkollektoren — Luftkollektoren → Vakuumröhren-Kollektoren → Solarsysteme — Solarspeicher — Gesamtsysteme — Saisonalspeicher
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Entwicklung des Solarthermiemarktes in Deutschland 3 Mrd kWh !
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Aufbau von Flachkollektoren hier: Viessmann VITOSOL 100
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Aufbau von Flachkollektoren
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Reale Flachkollektoren: Wirkungsgrad, Wärmebilanz
Stiebel-Eltron SOL 170 -Reihe
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Einbaubeispiele von thermischen Flachkollektoren
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Aufbau von Flachkollektoren
Absorberformen für Flachkollektoren
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Aufbau von Flachkollektoren
Rohrführungen von Absorbern für Flachkollektoren
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Solar-Luftsysteme: Anwendungsbeispiele
Solares Zuluftsystem
Solare Wohnungslüftung
Hallenbeheizung
Trocknung
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Aufbau von Luftkollektoren
Bauarten von Flachkollektoren
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Solar-Luftsysteme: Unterströmter Kollektor ESG Glasabdeckung
Flanschrahmen Dämmung ( 60 mm )
Alu-Rippenabsorber
Stahlblechwanne (verzinkt)
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EVO-Musterhaus: 14 m² Kollektorfläche
→ Frischluft für Lüftungsanlage wird über die Kollektoranlage erwärmt → Heizungsunterstützung durch erhöhte Zulufttemperaturen ist möglich. → Durch in den Lüftungsgeräten enthaltenen Wärmetauscher wird Energie der Abluft zurückgewonnen. → Im Sommer wird über Luft-Wasser-Wärmetauscher Trinkwasser erwärmt. → Solarer Deckungsgrad im Standardfall: ca. 30 %
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Solar-Luft-Fassade Naturschutzzentrum Gaytal
Plattenbausanierung Potsdam, 2000
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Aufbau eines Matrix-Luftkollektors Schematischer Aufbau eines flachen Sonnenkollektors mit Luft als Wärmeträger (Luftkollektor)
Aufbau eines Matrixkollektors
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Aufbau von Luftkollektoren
Kennlinien von Flachkollektoren
Längsschnitt durch den neuen, am Lehrstuhl entwickelten Matrixkollektor
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Anwendung von Luftkollektoren
Solare Trocknung landwirtschaftlicher Produkte in Thailand
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Solarer Kabinetttrockner
(Tukche, Nepal)
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Große Trocknungsanlagen
Incident sun radiation
z.B. für die Teetrocknung in Süd-Indien Planter‘s Energy Network
Air flow
Duct system
Collect or
Damper 1
Blower
•
Drier
Damper 2
•
• •
• •
Loaded trolleys
•
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Aufbau des Solartrockners
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Optimale Anordnung von Trockner- und Kollektormodulen Kollektor
Trockner
Arrangement 1 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Arrangement 2
Arrangement 3
Arrangement 4
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T [°C]
Temperatur
1. Arrangement 2. Arrangement 3. Arrangement
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Measuring Points
T [°C]
Temperature
2
3
4
5
6
7
8
4. Arrangement
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Measuring Points
Temperaturen Arrangement 1,2 & 3
3. Arrangement
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1
Messergebnisse
Temperaturen Arrangement 3 & 4
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Betreiben des Solartrockners
Ergebnisse der Apfeltrocknung Humidity (Slices)
Apples
Humidity (Rings)
90
[%]
80 70
500
60
400
50 40
300
30
200
20
m [g]
Weight (Slices) 700 Weight (Rings) 600
100
100
10 16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
08:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
0 08:00
0
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Matrixkollektor
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Doppelfassadensysteme
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Aufbau von VakuumRöhrenkollektoren hier: Viessmann VITOSOL 200
Direkt durchströmter Kollektor
Heat-Pipe Kollektor
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Aufbau von Vakuumröhren-Kollektoren
Vakuumröhren-Kollektor mit Heat-Pipe
Funktionsprinzip einer Heat-Pipe
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Aufbau von Vakuumröhren-Kollektoren
Modul aus Vakuumröhren-Kollektoren (Paradigma, ca. 2 m²)
Schnitt durch einen Sammler (Paradigma)
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Aufbau direkt durchströmter Vakuumröhren-Kollektoren
Schnitt Vakuumröhre und Reflektor (Mikrotherm)
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CPC-Kollektor Compound Parabolic Concentrator
Vorteile: durch optimierte Spiegelgeometrie reflektiert der CPC-Kollektor auch flach einfallende Sonnenstrahlung → höhere Temperaturen (bis zu 200°C) → höhere Leistung in den Übergangsjahreszeiten
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Reale Flachkollektoren: Wirkungsgrad, Wärmebilanz
SOL 200/300 A: Röhrenkollektor
SOL 170A: Flachkollektor
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Solarspeicher
Wärmeschichtung in einem Solarspeicher: (1) Wasserentnahme, (2) Nachheizung mit Heizkessel über oberen Wärmetauscher, (3) Erwärmung über Solaranlage mit unterem Wärmetauscher
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Speichersysteme
Einspeichersystem
Zweispeichersystem
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Solarkreisläufe
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Solarsysteme
Nachheizung über Heizkessel (links), Durchlauferhitzer (rechts)
Schwerkraftsperre gegen Nachtentladung
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Solare Deckungsrate mit thermischen Flachkollektoren
6 m2 Kollektoren – Einfamilienhaus
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Solarsysteme
Saisonalanlage
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Schwimmbadbeheizung Absorber
Kollektor Pumpe Schwimmbecken
Schwimmbecken Sicherheits ventil Pumpe Filter
Schwallwasser
Schwimmbadbeheizung im EinkreisSolarsystem
Wärmetauscher
Pumpe Filter Schwallwasser
Schwimmbadbeheizung im ZweikreisSolarsystem
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Sonnenenergieanlage zur Kühlung Kühlturm Kollektor
100°C
Absorptionsmaschine Kaltwasser
Pro kW Kühlleistung wird etwa 1,5 bis 2,0 kW Heizleistung benötigt (bei Temperaturen des gespeicherten Wassers von 70°C - 90°C);
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Funktionsweisen von Ad- und Absorptionskältemaschinen
Funktionsweise einer Absorptionskältemaschine
Funktionsweise einer Adsorptionskältemaschine
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Funktionsweise Absorptionskältemaschine Lösungskreislauf
Wasser LiBr-Lösung
H2
Kondensator . QC K1
K3
4
Kältemitteldrossel
5 . QTW
Niedrigdruck
Lösungspumpe
9
Lösungswärmeübertrager 6 Lösungsdrossel 1
3 2
10
Verdampfer . Q0 KT1
Heizmedium
7
8
Hochdruck
H1
Austreiber . QH
. QA KT2
K4
K2
Absorber
K1
Kühlwasser
Kälteträger
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Wirkungsgradberechung für Sonnenkollektoren
η=
& −Q & & Nutzleistung Q α⋅τ⋅Q s v = = P & & Sonneneins trahlung Q Q s s
Strahlungsverluste: •durch hohen Absorptionskoeffizienten α für kurzwellige Sonneneinstrahlung reduzierbar (z.B. α = 0,95) Wärmeverluste am Absorber:
•durch niedrige Emissionskoeffizienten ε im langwelligen Bereich vermeidbar (z.B. ε = 0,1)
Reflexionsverluste:
•durch hohen Transmissionskoeffizienten τ von Glasoder Kunststoffabdeckung des Kollektors vermeidbar (z.B. τ = 0,95)