Neue Technik - neue Lösungen = neue Effizienz? · Ingenieurbüro Energietechnik Schwerborner...

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Solarthermie ‐ PV‐Thermie

Neue Technik - neue Lösungen= neue Effizienz?

01. September 2016 in Erfurt

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Notwendigkeit des hydraulischen Abgleichs

- Vorschriften aus Normen und für die Förderung- technische Unterschiede nach Heizungssystemen- Einfluss auf den Energieverbrauch von Gebäuden


Marco Rudolph


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Marco Rudolph

PEM-energy GmbHIngenieurbüro Energietechnik Schwerborner Straße 3399086 ErfurtTelefon: 0361 / 7845183

Energieberater (TÜV)Frühjahr 2007 – TÜV Akademie Berlin

Gebäudeenergieberater (HWK)Sommer 2007 – Handwerkskammer Berlin

geprüfter und anerkannter Sachverständiger TGASommer 2007 – DESAG

Hygieneberater VDIHerbst 2007

DIN V 18599 Nichtwohngebäude (TÜV)Herbst 2008 – TÜV Akademie Berlin

Energieeffizienzberater (TÜV)Herbst 2011 – TÜV Akademie Berlin

DIN EN ISO 50001 Energieeffizient Manager (TÜV)Frühjahr 2013 – TÜV Akademie Berlin

Energieberater für Baudenkmale (TÜV)Herbst 2013 – TÜV Akademie Berlin

Experte Altbau – Energieeffizienz & Gebäudediagnose Frühjahr 2014 – BAKA Bundesarbeitskreis Altbausanierung


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Seit Oktober 2015PEM-energy B.V.Niederlande

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Unsere Planungsabteilung besteht aus einer Zusammensetzung von Technikern und Ingenieuren mit praktischen Grundberufen.

Dies ist ein Garant für praxisorientierte Lösungen. Die Entwicklung auf hochmodernen 2/3D-CAD Systemen sorgt für ein Maximum an Kreativität und Sicherheit, sowie kostenoptimiertes Erarbeiten komplexer Zusammenhänge.


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unsere Kunden


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- Bundes Wettbewerb "Kommunaler Klimaschutz 2013„Gewinner Kategorie 1

- Gewinner des Thüringer Energie Effizienzpreises2014


Normen


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Wärme-/Warmwasser-Erzeugung -Solarthermie vs. PV-Thermie

- Welche technischen Unterschiede sind hervorzuheben?- Liegt ein System bei den Gesamtkosten vorn?- Haben Kombimodule eine Zukunft?


Land und Leute


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Abgrenzung & Einschätzung: Photovoltaik & Solarthermie

Wer sich entschiedet, in eine Solaranlage zu investieren, hat die Wahl zwischen zwei Möglichkeiten: Photovoltaik und Solarthermie.


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Solarthermie


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Solarthermie

Solarthermie gewinnt Wärme aus der Sonnenenergie.

Solarthermische Anlagen teilen sich für Wohngebäude in zwei weitere Untergruppen auf: Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Anlagen zur Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung.

Erste stellen ihre Wärme der Raumheizung und der Warmwasserbereitung (für Dusche, Badewanne oder Wasserhähne) gleichermaßen bereit, während letztere sich auf die Warmwasserbereitung konzentrieren.


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Solarthermie


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Diese Solaranlagen arbeiten mit Solarkollektoren (Vakuumröhrenkollektoren, ein leistungsfähigerer und teurerer Kollektortyp im Vergleich zu den weitaus häufigeren Flachkollektoren), in denen die Wärme anfällt. Eine Pumpe befördert die Wärme über ein Kreislaufsystem, das mit einer Trägerflüssigkeit gefüllt ist, in einen Speicher. Von dort aus geht die Wärme an die Heizkörper bzw. Flächenheizungoder die Zapfstellen für das Warmwasser.

Solarthermie ist (mit Ausnahme von Wärmenetzen) für den Eigengebrauch bestimmt. Auch eine Einspeisevergütung gibt es nicht. Dafür erhält man Fördergelder bei der Anschaffung, die nicht zurückgezahlt werden müssen.


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Solarthermie


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Flachkollektor


Junkers

Solarthermie


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Röhrenkollektor


Augusta Solar

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Solarthermie Förderung 2016 durch BAFA & KfW

Wer eine Solarthermie Anlage zur Unterstützung der Heizung installiert, kann von verschiedenen Stellen eine Solarheizung Förderung erhalten. Anlaufstellen für Solarthermie Förderung sind zum Beispiel das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) und die KfW-Bankengruppe.


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Solarthermie


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Solarthermie Förderung BAFA

BAFA fördert Solarheizung im Bestandsbau

Der Antrag für eine Förderung durch das BAFA muss innerhalb einesZeitraums von neun Monaten nach Inbetriebnahme der Solarheizung eingereicht werden. Bedingung im Bestandsbau ist: die Immobilie muss vor seit zwei Jahren mit einer Heizung versehen sein, die denWärmebedarf des Gebäudes deckt.


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Art der Anlage Anlagengröße in m2 BAFA Solarthermie Förderung 2016

Warmwasser Solarthermie

3 bis 10

11 bis 40

20 bis 100

500 €

50 €/m2

Innovationsförderung:100 €/m2 im

Gebäudebestand75 €/m2 im Neubau

Solarheizung, solare Kälte / Wärmenetz

bis 14

15 bis 40

20 bis 100

2.000 €

140 €/m2

Innovationsförderung bei Vorliegen bestimmter

Bedingungen:200 €/m2 im Bestandsbau

150 €/m2 im Neubau

Alternative zur Innovationsförderung:

Ertragsabhängige Förderung großer Anlagen

20 bis 100 0,45€ * jährlicher

Kollektorertrag * Zahl der Kollektoren

Erweiterung einer bestehenden Solarheizung

Erweiterung einer vorhandenen Anlage

um 4 - 40m250€ / m2

Solarthermie


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Solarthermieanlage zur Heizungsunterstützung:

Die Mindestförderung beträgt 2.000 Euro. Von 15 bis 40 Quadratmetern Kollektorfläche gibt es 140 Euro pro Quadratmeter Kollektorfläche.

Bei Flachkollektoren muss die Anlagengröße mindestens 9 Quadratmeter betragen und der Pufferspeicher muss mindestens 40 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche fassen.

Bei Vakuumröhrenkollektoren muss die Anlagengröße mindestens 7 Quadratmeter betragen und der Pufferspeicher muss 50 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche fassen.


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Solarthermieanlagen zur Warmwasserbereitung:

Die Basisförderung beträgt 500 Euro. Bei Anlagengrößen zwischen 11 bis 40 Euro gibt es 50 Euro pro Quadratmeter Kollektorfläche.

Die Anlagengröße muss mindestens 3 Quadratmeter Kollektorfläche umfassen und es muss ein Pufferspeicher von mindestens 200 Litern Volumen installiert werden.


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Solarthermie


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Das BAFA bietet über diese Förderung hinaus Boni an.

- Wenn eine Solarheizung mit einer Wärmepumpe oder einer Biomasseanlage kombiniert wird, gewährt die BAFA einen Kombinationsbonus in Höhe von 500 Euro.

- Einen Effizienzbonus erhält, wer die solarthermische Anlage auf einem sehr effizient gedämmten Gebäude errichtet. Für eine solche Solarheizung erhält man bis zum Eineinhalbfachen der Basisförderung.

- Weitere Mittel sind erhältlich, wenn bei der Installation einer Solarheizung ein Heizkessel mit Brennwerttechnik installiert wird (wenn der alte Heizkessel nicht über Brennwerttechnik verfügte). Dieser Zuschuss ist der Kesseltauschbonus. Seit 2012 beträgt er 500 Euro.

- Wer die Solarheizung mit einem Wärmenetz koppelt, erhält pauschal 500 € dazu.

- Zusätzlich ist im Neubau wie auch im Altbau der Innovationsbonus zur Solarthermie Förderung erhältlich.

- Wer beim Einbau der Solarthermieanlage gleichzeitig das bestehende Heizungssystem energetisch optimiert, erhält 10% der Nettoinvestitionskosten.


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Solarthermie


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Solarthermie Förderung KfW - Bankengruppe

Die KfW bietet mit ihren Programmen "Energieeffizient Sanieren" und "Energieeffizient Bauen" eine indirekte Solarthermie Förderung an. Um die Fördermittel in Anspruch nehmen zu können, müssen bestimmte Förderbedingungen der KfW erfüllt sein.

Programm 167 : "Energieeffizient Sanieren - Ergänzungskredit" die Möglichkeit bieten, einen Kredit von 50.000 Euro pro Wohneinheit für erneuerbare Heiztechnik in Kombination mit den Fördermitteln des BAFA in Anspruch zu nehmen. Das Besondere an dieser Solarthermie Förderung der KfW: die Fördermittel sind mit den Mitteln des BAFA kombinierbar.

Der Kredit "Energieeffizient Sanieren" von bis zu 75.000 Euro wird bei Maßnahmen gewährt, die ein Gebäude beispielsweise durch eine Solarheizung oder bessere Dämmung energieeffizienter macht.

Wenn ein neues Haus mit einer Solarthermie Anlage gebaut wird, kommt das Programm "Energieeffizient Bauen" in Frage.

Wenn ein Niedrigenergiehaus oder ein Passivhaus errichtet wird, gewährt die KfW ein Darlehen in Höhe von maximal 50.000 Euro. Solarthermie Anlagen größer als 40 Quadratmeter können über das Programm "Erneuerbare Energien Premium" bis zu 75.000 Euro an indirekter Solarheizung Förderung pro Wohneinheit erhalten.


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Photovoltaik


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Photovoltaik

Photovoltaik gesteht Strom aus der Sonnenenergie. Die Photovoltaikmodule erzeugen Gleichstrom. Ein Wechselrichter wandelt diesen in Wechselstrom um. So können alle haushaltsüblichen Elektrogeräte mit diesem Strom betrieben oder gegen eine Einspeisevergütung pro Kilowattstunde in das Stromnetz eingespeist werden.

Neuerdings gibt es spezielle Solarspeicher. Mit diesen kann man einige Kilowatt-stunden an Strom für den Eigengebrauch vorhalten und die Effizienz seiner Anlage erhöhen.


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Photovoltaik


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Photovoltaik


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Photovoltaik


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Monokristallines Modul

Hier entsteht aus dem gewonnenen Silizium ein Block mit einem sogenannten Einkristall. Durch die einheitliche Gestaltung gibt es keine Wirkungseinbußen an den Kristallgrenzen. Daher können mit dieser Modulart besonders hohe Erträge erzielt werden.

Polykristallines Modul

Bei einem Solarmodul mit polykristallinem Aufbau werden die einzelnen Solarzellen aus einem zuvor gegossenen Block herausgesägt. Während des Kühlungsprozesses bilden sich unterschiedlich große Kristalle. An den Grenzen dieser unterschiedlich großen Kristalle treten Defekte auf, die den Wirkungsgrad der Solarzelle mindern.

Dünnschicht ModulDünnschichtmodule sind günstiger, umweltschonender und einfacher in ihrer Herstellung. Sie werden aus sogenannten „amorphen“ Solarzellen gefertigt. Bei dem Verfahren werden Siliziumschichten auf ein Trägermaterial aus Stahl, Glas oder Kunststoff eingedampft. Die so produzierten Module sind preisgünstiger, leichter und weniger empfindlich gegen Verschattungen oder hohe Temperaturschwankungen. Insgesamt ist ihr Wirkungsgrad aber deutlich geringer als der von kristallinen Modulen. Zudem ist die Lebensdauer von Dünnschichtmodulen kürzer als bei der kristallinen Alternative.


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Monokristallines Modul Polykristallines Modul Dünnschicht Modul


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Photovoltaik – Einspeisevergütung

Einspeisevergütung für eine typische Aufdachanlage bis 10 kWp

Dachanlagen bis einschließlich 10 kWp installierter Leistung werden in der Regel auf Ein-bis Zweifamilienhäusern oder Mietshäusern installiert. Sie erhalten den höchsten Einspeise-vergütungssatz von 12,31 Cent / kWh (September 2016).

Solarstrom aus Dachanlagen bis 10 kWp wird bis zu 100% der Anlagenleistung vergütet –um jedoch die günstigen Einspareffekte gegenüber extern bezogenem Strom zu nutzen, empfehlen wir den Eigenverbrauch von 40% der Anlagenleistung oder mehr.


Einspeisevergütung für Dachanlagen bis 10 kWp in c/kWh

ab 1. Juli ’16: ab 1. Aug ’16: ab 1. Sep ’16: ab 1. Okt ’16: ab 1. Nov ’16: ab 1. Dez ’16:

12,31 12,31 12,31 12,31* 12,31* 12,31*

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Einspeisevergütung für mittlere Dachanlagen von 10 kWp bis 40 kWp

Dachanlagen mittlerer Größe über 10 kWp bis einschließlich 40 kWp erhalten eine Einspeise-vergütung, die unter jener für Kleinanlagen, aber über derjenigen für Großanlagen liegt. Sie erhalten einen hohen Einspeisevergütungssatz von 11,97 Cent/kWh (September 2016), für die ersten 10 KWp sogar den höchsten Satz wie Kleinanlagen.

Die ältere Unterscheidung zwischen Anlagen bis 100 kWp und von 100 bis 1.000 kWp wird nicht mehr getroffen. Mit der neueren Leistungsklasse von 10 bis 40 kWp werden rund 50% aller Photovoltaikanlagen auf Werkshallen, Scheunendächern und Überdachungen von Fuhr-parks etc., aber auch auf Dächern mittelgroßer Verwaltungsgebäude, Schulen u.ä. abgedeckt.


Einspeisevergütung für Dachanlagen von 10 kWp bis 40 kWp in c/kWh


11,97 11,97 11,97 11,97* 11,97 11,97

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Einspeisevergütung für Dachanlagen von 40 kWp bis 100 kWp

Für größere bis sehr große Dachanlagen über 40 kWp bis einschließlich 100 kWp liegt die Einspeisevergütung bei 10,71 Cent / kWh (September 2016). Auch hier gilt: Die ersten 10 kWp werden zum höchsten Satz wie bei Kleinanlagen, die Leistung von 10 kWp bis 40 kWp mit demjenigen für mittlere Anlagen vergütet und erst diejenige Stromerzeugung, die über diese Leistungsstufen hinausgeht, erhält den Vergütungssatz der eigenen Leistungsstufe.

In der Regel werden Photovoltaikanlagen dieser Größe auf großen Werkshallen, Kliniken, Verwaltungsgebäuden etc. installiert.


Einspeisevergütung für Dachanlagen von 40 kWp bis 100 kWp in c/kWh


10,71 10,71 10,71 10,71* 10,71* 10,71*

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Einspeisevergütung Randbedingungen

*Geschätzte Vergütungshöhe ab Oktober: Höhe bei durchschnittlichem Zubau in den Vorquartalen. Bei hohem Photovoltaik-Zubau im Vorjahr sinkt die Einspeisevergütung ab 1. Oktober 2016 rascher – um eine Überförderung zu vermeiden. Bei niedrigem Zubau sinkt sie langsamer: Um die Photovoltaik weiterhin attraktiv zu halten. Beim derzeitigen Zubau –zwischen 1.000 und 1.500 MWp/Jahr – bleibt die Vergütung unverändert.

Seit 1. Januar 2016 gilt in der Anlagenklasse von 40 bis 500 kWp eine Änderung: Alle Neuanlagen ab einer Leistung von 100 kWp sind dazu verpflichtet, den erzeugten Strom selbst zu vermarkten.


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Was ist besser: Photovoltaik oder Solarthermie?

Solarthermie:

Ein Solarthermiesystem benötigt ungefähr 7 - 15 qm2 für eine Kombianlage und ungefähr die Hälfte dieser Fläche, wenn es ein Warmwassersystem werden soll.

Die Kosten liegen bei 3.000 bis 6.000 Euro für eine Warmwasseranlage, während eine Kombianlage im Schnitt das Doppelte kostet.

Dafür spart man mit einer durchschnittlichen Warmwasseranlage etwa 60% der Kosten für die Warmwasserbereitung.

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Solarthermie - Kombianlage:

Bei einer Kombianlage ist die Situation schwieriger zu erfassen. Mit einem handelsüblichen Solarpaket spart man jedoch schätzungsweise zwischen 15 bis 30% an Heizkosten (Heizung & Warmwasser) ein.

Zu diesen Kosten und Ersparnissen gesellen sich Fördergelder. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) vergibt beispielsweise 2.000 Euro für eine Kombianlage und 500 Euro für eine Warmwasseranlage, wenn eine Solarthermieanlage in einem Bestandsbau angeschafft wird (nur in Ausnahmen für Neubauten).

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Photovoltaik:

Grundsätzlich ist es bis vor einigen Jahren (Stand: 2015) so gewesen, dass sich Photovoltaik besonders für große Flächen lohnte. Dort erwirtschaftete die Photovoltaikanlage einen optimalen Ertrag und der Betreiber erhält eine höchstmögliche Einspeisevergütung für Photovoltaik vom Staat. Es war somit eher ein Renditeobjekt bzw. eine Geldanlage.

Mit dem kontinuierlichen Absenken der Einspeisevergütung ist diese Situation eine andere geworden. Nun ist der Eigenverbrauch die attraktivere Option, da die selbsterzeugte Kilowattstunde Strom inzwischen deutlich weniger kostet, als wenn man sie aus dem Stromnetz bezieht.

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Photovoltaik - Kosten:

Gleichzeitig ist es wichtiger geworden, eine Photovoltaikanlage ähnlich wie eine Solarthermieanlage auf den eigenen Bedarf hin auszulegen, da man durch eine möglichst große Modulfläche nicht mehr automatisch wirtschaftlicher arbeitet.

Die Photovoltaik Preise liegen ungefähr bei 1.100 Euro bis 1.500 pro Kilowatt Peak Leistung (kWp)

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Photovoltaik:

Eine weitere Nutzungsmöglichkeit ist "Power-to-Heat". Hier verwendet man den Strom aus der Photovoltaikanlage, um ein Heizsystem wie eine Wärmepumpe zu betreiben. Das spart Betriebsstrom und erhöht gleichzeitig den Eigenverbrauch.

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Viessmann


PhotovoltaikPower-to-Heat:

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PhotovoltaikPower-to-Heat: Warmwasser mit PV

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Photovoltaik - Stromspeicher:

In den letzten Jahren haben sich PV-Speicher bzw. Stromspeicher am Markt etabliert.

Diese gleichen den Umstand aus, dass die größte Stromgestehung an Zeiten anfällt, in denen der Strombedarf durch Haushaltsgeräte oder Heizgeräte wie Wärmepumpen am niedrigsten ist. So steht Solarstrom zur Verfügung, selbst wenn die Wetterlage nicht optimal für die Photovoltaikanlage ausfällt.

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Photovoltaik Stromspeicher:

Kombisysteme


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Warum Wasser hinter einem PV Modul

- Platzbedarf auf dem Dach- Installationsaufwand- Ästhetik

Kombisysteme


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Warum Wasser hinter einem PV Modul?

um Photovoltaikanlage zu kühlen und somit den Wirkungsgrad so hoch wie möglich zu halten, da bei den meisten Modulen mit steigender Temperatur der Wirkungsgrad sinkt!

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Aufbau eines Hybrid Modul / Kombimodul - Absorbertechnik

- Gibt es einen Absorber der zu 100 % die Zellen des PV Modul mit Wasser hinter strömt?

- Gibt es einen Absorber der nachträglich hinter jedes PV Modul zu montieren ist?

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Forschungsprojekt - Forschungspartner aus Weimar - 3 D Textil

- Anwendungen aus dem Bau und der Medizintechnik

Kombisysteme


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- 3 D Gewirk - dreidimensionale Abstandsgewirke

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- Optimale Dicke des Absorber- Genug Wasserinhalt um Druckverluste

technisch Auszugleichen- So wenig wie möglich Wasserinhalt um

Gesamtgewicht zu optimieren

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Forschungsprojekt - Forschungspartner aus Weimar - 3 D Gewirk – mit Beschichtung

- Abstandsgewirk 100 % Polyester- Abstand 6,5 mm- Dicke der Silikonbeschichtung 1,5 mm- 100 % Lösungsmittelfrei- UV - Stabil

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Forschungsprojekt - Forschungspartner aus Weimar - Absorber – Wasserführung

Textil - Absorber

Führungs- und Dichtprofil aus Aluminium

Führungs- und Dichtprofil aus Aluminium

speziellerHydrauliksammlermit Rohranschluss

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Forschungsprojekt - Forschungspartner aus Weimar - Test - Versuchsaufbau

- Maximaler Anlagendruck- Maximaler Betriebsdruck- Druckverluste im Absorber- Mögliche Hydraulikschaltungen (in Reihe)

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Forschungsprojekt - Forschungspartner aus Weimar - Niederlande

- Forschungspartner in den Niederlanden- Absorber in Anwendung bei ploy- und mono kristallinen Modulen- Druckverluste im Absorber

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Forschungsprojekt - Forschungspartner aus Weimar –Anwendung als Absorber in der Industrie

- Absorber in verschiedenen Abmessungen und Flächenmaßen möglich- Einhausung von Maschinen und Anlagen zur Wärmeabführung

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Forschungsprojekt - Forschungspartner aus Weimar –Anwendungsmöglichkeiten

• PV-Module mit WasserkühlungHier liegt der Schwerpunkt eindeutig bei der Photovoltaik. Die Module sollen möglichst kühl gehalten werden, damit ihr Ertrag optimal ausfällt.

• Hybridmodule in Kombination mit einer WärmepumpeBeide Systeme ergänzen sich und optimieren dabei die jeweiligen Betriebsbedingungen: Die für die Photovoltaik ertragsmindernde Wärme wird dort ab- und der Wärmepumpe über einen Puffer Speicher zugeführt, die dadurch effizienter, weil energiesparender arbeiten kann.

• Hybridmodule in Kombination mit einer AdsorptionskältemaschineBei der solaren Kühlung werden die sommerlichen Überschüsse einer Solaranlage z. B. mittels einer Absorptionskälteanlage in Kälte für Prozesse und Klimatisierung umgewandelt.

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Forschungsprojekt - Forschungspartner aus Weimar –Hybridmodule in Kombination mit einer Adsorptionskältemaschine

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Forschungsprojekt - Forschungspartner aus Weimar –Hybridmodule in Kombination mit einer Wärmepumpe


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