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6 Größte Solarernte im rechten Winkel Optimal positionierte Röhrenkollektoren nutzen auch diffuse Strahlung. Vakuumröhrenkollektoren unterstützen die Heizung am effizientesten. Sirius12 ® wandelt 80 Prozent der diffusen Strahlung in Wärme um. In Deutschland scheint die Sonne, je nach geografischer Lage, zwischen 1.300 und 1.900 Stunden im Jahr. Die meisten Sonnenstunden gibt’s natürlich von April bis September: etwa 1.000 bis 1.400. Von Oktober bis März dagegen können wir nur mit insgesamt maximal 500 Sonnenstunden rechnen. Wie lässt sich also ausgerechnet hierzulande Sonnenenergie zum Heizen nutzen? Wichtigste Voraussetzung für eine effiziente Solarausbeute sind die Kollektoren. Sind sie – wie beispielsweise der Vakuumröhrenkollektor Sirius12 ® von HydroEnergy – auch in der Lage, diffuse Strahlung zu nutzen, so können sie bis zu 20 Prozent der erforderlichen jährlichen Wärmeenergie für Ihr Gebäude liefern. Warum ausgerechnet Vakuumröhrenkollektoren? Sie erlauben eine Energieausbeute, die um bis zu 30 Prozent höher liegt als die von Flachkollektoren. Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus mehreren einzelnen, doppelwandigen Glasröhren. Sirius12 ® ist in der Lage, 80 Prozent der diffusen Strahlung in nutzbare Energie umzuwandeln. In der kälteren, sonnenärmeren Jahreshälfte ist dies für die optimale Nutzung der geringeren Sonnenstrahlung entscheidend. Ausschlaggebend für eine gute Solar ernte ist die Ausrichtung des Kollektors zur Sonne. Seine Absorberfläche sollte nach Süd bis Südwest ausgerichtet werden. Die Höchstleistung liefert der Kollektor, wenn die Strahlen im rechten Winkel auf die Absorberfläche treffen. In der Mitte Deutschlands, auf 51 Grad nördlicher Breite, steht die Sonne am 21. Juni mit 62,5 Grad am höchsten über dem Horizont. Sie verändert ihren Stand bis zum 22. Dezember um 47 Grad bis auf den niedrigsten Wert von 15,5 Grad. Ziel ist es, in der kälteren Jahreszeit von Oktober bis März ein Maximum an solarem Energiegewinn zu erzielen. Die optimale Neigung des Kollektors beträgt daher 60 bis 65 Grad aus der Waagerechten. So können die Sonnenstrahlen besonders in der sonnenärmeren Jahreshälfte im optimalen Winkel auf die Röhren des Kollektors fallen. Trifft die Sonnenstrahlung im Winkel von 90 Grad auf den Kollektor, ist die bestrahlte Fläche gleich groß wie die installierte Absorberfläche. Bei Sirius12 ® sind das 1,1 Quadratmeter pro Kollektor. Dies trifft aber – abhängig von der Neigung des Kollektors, der Tageszeit und der Jahreszeit – nur für einen kurzen Augenblick im Jahr zu. Wandert die Sonne aus der Idealposition von 90 Grad, entspricht die wirksame Länge der Absorberfläche nicht mehr der installierten Länge. Sie verringert sich. Auf Flachdächern und Pergolen lässt sich die Ausrichtung des Kollektors nach Himmelsrichtung und Neigung optimieren. Bei schrägen Dächern hingegen ist es erforderlich, die Abweichungen von der Idealposition in beiden Ausrichtungsebenen zu berücksichtigen. Das Ergebnis wirkt sich auf die Zahl der zu installierenden Kollektoren aus. (siehe Grafik 1) Auch wenn die Sonne nicht scheint, erreichen ihre Strahlen die Erde und können in Energie umgewandelt werden. Fallen die Strahlen bei wolkenlosem Himmel senkrecht auf die Kollektorfläche, so beträgt deren Leistung etwa 1 kW pro Quadratmeter. Bei sehr dichter Bewölkung sind es immerhin noch 0,02 kW pro Quadratmeter. Und bei diffuser Strahlung, einem bewölkten Himmel mit bedeckter Sonne, steigern sich diese 0,02 kW auf bis zu 0,25 kW pro Quadratmeter. Übers Jahr gesehen kann die Energiemenge, die mit diffuser Strahlung erzeugt wird, mehr als die Hälfte der insgesamt erzeugten Menge ausmachen. (siehe Grafik 2)
Wirksame Länge der Absorberfläche in Abhängigkeit vom Einfalls winkel der Sonnenstrahlung und dem Neigungswinkel des Kollektors 1 | Bei Schrägdächern ist es erforderlich, die Stellung des Kollektors der Neigung und Orientierung des Daches anzupassen. Dies hat jedoch zur Folge, dass die Absorberfläche weniger effektiv genutzt wird. Denn nun können die Sonnenstrahlen möglicherweise nicht mehr im optimalen Einfall winkel auf die Röhren des Kollektors treffen. wirksame Absorberfläche effektive Absorberfläche wirksame Absorberfläche effektive Absorberfläche Einfallswinkel der Sonnenstrahlen = 90° Einfallswinkel der Sonnenstrahlen =/ 90° Energiegewinn aus direkter und diffuser Sonnenstrahlung 5 kWh m 2 · d = direkte Strahlung = diffuse Strahlung 4 3 2 1 0 Jan. Feb. Mär. Apr. Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. 2 | In Deutschland gibt es mehr indirekte Sonnenstrahlung als direkte. Sirius12 ® kann beide Strahlungen in nutzbare Energie umwandeln. Wirkungsgrad Sirius12 ® in Abhängigkeit von der Tageszeit und der Außentemperatur Wirkungsgrad Außentemperatur 100 % 90 % 30° 32° C 80 % 45° Einstrahlwinkel 45° 0°C 70 % 60 % 60° 60° 90° -10° C 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 Uhrzeit 3 | Der Wirkungsgrad eines Solar kollektors hängt vom Einfalls winkel der Sonnenstrahlung und der Außentemperatur ab. Sirius12 ® erreicht morgens und abends seinen höchsten Wirkungsgrad, genau dann, wenn die Sonnenstrahlung noch nicht so intensiv ist oder wieder nachlässt. So nutzt Sirius12 ® besonders effektiv jeden Sonnenstrahl im Tageszyklus.
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