„solarthermie & photovoltaik“
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Vortrag Dr.-Ing. J. Blumenberg Dr.-Ing. M. SpinnlerTRANSCRIPT
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 1
→ Flachkollektoren— Wasserkollektoren— Speicherkollektoren— Luftkollektoren
→ Vakuumröhren-Kollektoren
→ Solarsysteme— Solarspeicher— Gesamtsysteme— Saisonalspeicher
2.1 Solarkollektoren
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Entwicklung des Solarthermiemarktes in Deutschland
3 Mrd kWh !
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Aufbau von Flachkollektorenhier: Viessmann VITOSOL 100
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Aufbau von Flachkollektoren
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Reale Flachkollektoren:Wirkungsgrad, Wärmebilanz
Stiebel-EltronSOL 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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Solares Zuluftsystem
Hallenbeheizung
Solare Wohnungslüftung
Trocknung
Solar-Luftsysteme: Anwendungsbeispiele
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Aufbau von Luftkollektoren
Bauarten vonFlachkollektoren
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Solar-Luftsysteme: Unterströmter Kollektor
ESG Glasabdeckung
Flanschrahmen
Alu-Rippenabsorber Stahlblechwanne(verzinkt)
Dämmung( 60 mm )
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→ Frischluft für Lüftungsanlage wird über die Kollektoranlage erwärmt
→Heizungsunterstützung durch erhöhte Zulufttemperaturen ist möglich.
→Durch in den Lüftungsgeräten enthaltenen Wärmetauscher wirdEnergie der Abluft zurückgewonnen.
→ Im Sommer wird über Luft-Wasser-Wärmetauscher Trinkwasser erwärmt.
→ Solarer Deckungsgrad im Standardfall: ca. 30 %
EVO-Musterhaus: 14 m² Kollektorfläche
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Solar-Luft-Fassade Naturschutzzentrum Gaytal
Plattenbausanierung Potsdam, 2000
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Aufbau eines Matrix-Luftkollektors
Schematischer Aufbau eines flachenSonnenkollektors mit Luft alsWärmeträger (Luftkollektor)
Aufbau einesMatrixkollektors
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Aufbau von Luftkollektoren
Kennlinien vonFlachkollektoren
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
•
• • • • • •
Incidentsun
radiation
Air flow
Blower
Collector
Drier
Ductsystem
Damper 2
Damper 1
Loaded trolleys
z.B. für die Teetrocknung in Süd-IndienPlanter‘s Energy Network
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Aufbau des Solartrockners
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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
Optimale Anordnung von Trockner- und Kollektormodulen
Arrangement 1
Arrangement 2
Arrangement 3
Arrangement 4
TrocknerKollektor
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Temperatur
0102030405060708090
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
]
1. Arrangement2. Arrangement3. Arrangement
Temperature
0102030405060708090
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
]
3. Arrangement4. Arrangement
Messergebnisse
TemperaturenArrangement 1,2 & 3
TemperaturenArrangement 3 & 4
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Apples
010
2030
4050
6070
8090
100
08:0
0
09:0
0
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
08:0
0
09:0
0
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
[%]
0
100
200
300
400
500
600
700
m [g
]
Humidity (Slices)Humidity (Rings)Weight (Slices)Weight (Rings)
Betreiben des Solartrockners
Ergebnisse der Apfeltrocknung
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Matrixkollektor
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Doppelfassadensysteme
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Aufbau von Vakuum-Röhrenkollektorenhier: Viessmann
VITOSOL 200
Direkt durch-strömter 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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Modul aus Vakuumröhren-Kollektoren(Paradigma, ca. 2 m²)
Schnitt durch einen Sammler(Paradigma)
Aufbau von Vakuumröhren-Kollektoren
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Aufbau direkt durchströmter Vakuumröhren-Kollektoren
Schnitt Vakuumröhre und Reflektor (Mikrotherm)
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CPC-KollektorCompound 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 170A: Flachkollektor
SOL 200/300 A: Röhrenkollektor
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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
ZweispeichersystemEinspeichersystem
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Solarkreisläufe
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Solarsysteme
Nachheizung über Heizkessel (links),Durchlauferhitzer (rechts)
Schwerkraftsperre gegenNachtentladung
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Solare Deckungsrate mit thermischen Flachkollektoren
6 m2 Kollektoren –Einfamilienhaus
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Solarsysteme
Saisonalanlage
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Schwimmbadbeheizung
Schwimmbadbeheizung im Einkreis-Solarsystem
Schwimmbadbeheizung im Zweikreis-Solarsystem
Kollektor
PumpeSchwimmbecken
Schwallwasser
Sicherheitsventil
Wärme-tauscher
Filter
Pumpe
Absorber
Schwimmbecken
Pumpe
Filter Schwallwasser
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Sonnenenergieanlage zur Kühlung
Kollektor
100°C
Kaltwasser
Kühlturm
Absorptionsmaschine
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
QTW
8
9
54
12
Lösungs-pumpe
Lösungsdrossel
Kältemitteldrossel
7
10
. Lösungswärme-übertrager
Q0
.
QC
.QH
.
QA
.
3 6
Hoch-druck
Niedrig-druck
WasserLiBr-Lösung
Lösungskreislauf
Kühl-wasser
Kälteträger
Heiz-medium
Kondensator
K3
K1
K1
Absorber
Verdampfer
KT1 KT2
Austreiber H1H2
K2K4
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Wirkungsgradberechung für Sonnenkollektoren
s
P
s
vs
QQQ
trahlungSonneneinsngNutzleistu
&
&
&
&&=
−⋅τ⋅α==η
•durch hohen Transmissionskoeffizienten τ von Glas-oder Kunststoffabdeckung des Kollektors vermeidbar (z.B. τ = 0,95)
Reflexionsverluste:
•durch niedrige Emissionskoeffizienten ε im langwelligen Bereich vermeidbar (z.B. ε = 0,1)
Wärmeverluste am Absorber:
•durch hohen Absorptionskoeffizienten α für kurzwellige Sonneneinstrahlung reduzierbar (z.B. α = 0,95)
Strahlungsverluste: