Technische Grundlagen Solarthermie PDF

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1 Energiequelle Die Sonne gilt für menschliche Verhältnisse als praktisch unerschöpflicher Energielieferant und stellt diese Energie auch dort regional zur Verfügung, wo sie benötigt wird. Im Gegensatz dazu stehen die fossilen Brennstoffe, deren Anwendung sehr abhängig ist vom Verhältnis der fördernden und der verbrauchenden Länder. Die von der Sonne abgegebene elektromagnetische Strahlung besteht aus oszillierenden, also sich zeitlich verändernden elektrischen und magnetischen Feldern. Unter <strong>Solarthermie</strong> versteht man die Umwandlung von kurzwelliger Sonnenenergie in nutzbare langwellige thermische Energie. Die durchschnittliche Strahlungsleistung der Sonne im Wellenlängenbereich von 0,25 2,5 µm wird als Solarkonstante bezeichnet und beträgt außerhalb der Erdatmosphäre 1367 W/m 2 . Beim Durchtritt durch die Erdatmosphäre wird die Strahlung durch verschiedene Effekte abgeschwächt und es treffen maximal 1000 W/m 2 auf der Erdoberfläche auf. Dieser Wert wird als Globalstrahlung bezeichnet, die sich wiederum aus direkter und diffuser Strahlung zusammensetzt. Globalstrahlungsleistung, Quelle: MEA Solar Globalstrahlungsenergie, Quelle: AEE
Als Richtwerte für Jahressolarerträge bei Kombination Warmwasserbereitung und Raumheizung in 350 – 750 m Seehöhe gelten (Quelle: O.Ö. Akademie für Umwelt und Natur): Flachkollektor mit hochselektiver Beschichtung: Vakuumröhrenkollektor: 2 Begriffe und Kenngrößen 2.1 Kollektorwirkungsgrad 380 KWh 400 KWh Verhältnis von Nutzen zu Aufwand, von abgegebener Leistung zu zugeführter Leistung, er beschreibt die Effizienz bez. Wirtschaftlichkeit von Energiewandlungen. Der Wert ist immer kleiner als 1. T ( ) η Kol − TU TKol − TU η η 0 k 1 k 2 T Kol T U E e Nutzen nutzbareWärmeleistung = = Aufwand eingestrahlte Sonnenenergie Wirkungsgrad η = η − k optischer Wirkungsgrad (Konversionsfaktor): maximal nutzbare Wärmeleistung der auftreffenden Strahlung unter Annahme keiner thermischen Verluste (Kollektortemperatur = Umgebungstemperatur). Abhängig von Transmissionsgrad der Kollektorabdeckung τ , 0 1 E e − k Absorptionsgrad des Absorbers α und Wirkungsgrad des Absorbers F η 0 = α ⋅τ ⋅ F Wert eines guten Flachkollektors: η 0 = 0, 75 Wärmeverlustkoeffizient linear: Verluste auf Grund der Temperaturdifferenz Kollektor und Umgebung Wert eines guten Flachkollektors: k 1 = 3, 5 Wärmeverlustkoeffizient quadratisch: Verluste auf Grund von Strahlung Wert eines guten Flachkollektors: k 2 = 0, 015 mittlere Absorbertemperatur mittlere Umgebungstemperatur einfallende Strahlungsleistung 2 E e 2 Der Wirkungsgrad eines Kollektors ist keine konstante Größe, er ist neben den konstruktiven Eigenschaften auch stark von den Betriebsbedingungen abhängig: Mittlere Kollektortemperatur: Mittlere Umgebungstemperatur: Einfallende Strahlungsleistung: Wirkungsgrad verschlechtert sich mit steigender Heizmitteltemperatur Wirkungsgrad verschlechtert sich mit sinkender Außentemperatur Wirkungsgrad verschlechtert sich mit sinkender Strahlungsleistung An folgenden Betriebsfällen wird diese Situation bei einer Aussentemperatur von 5 °C betrachtet: Strahlungsleistung 1000 W/m 2 , Heizmitteltemperatur 70 °C: η = 0,459, Wärmeleistung 459 W Strahlungsleistung 1000 W/m 2 , Heizmitteltemperatur 30 °C: η = 0,653, Wärmeleistung 653 W Strahlungsleistung 500 W/m 2 , Heizmitteltemperatur 70 °C: η = 0,168, Wärmeleistung 84 W Strahlungsleistung 500 W/m 2 , Heizmitteltemperatur 30 °C: η = 0,556, Wärmeleistung 278 W Man sieht, dass die Betrachtung der unterschiedlichen Betriebsverhältnisse ganz gravierende Leistungsunterschiede ergeben. Die Leistungsunterschiede gelten jedoch als Momentaufnahmen ohne Berücksichtigung der Jahreshäufung der Betriebszustände.
Seite 1: Grundlagen Solarthermie: Solartherm
Seite 5 und 6: z.B.: Energie aus Solaranlage 20.00
Seite 8: 4.2 Betriebserfahrungen Aus Datenau

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