„Solarthermie & Photovoltaik“

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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)