„Solarthermie & Photovoltaik“
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„Solarthermie & Photovoltaik“ Dr.-Ing. J. Blumenberg Dr.-Ing. M. Spinnler 0. - 1 → Flachkollektoren — Wasserkollektoren — Speicherkollektoren — Luftkollektoren → Vakuumröhren-Kollektoren → Solarsysteme — Solarspeicher — Gesamtsysteme — Saisonalspeicher 2.1 Solarkollektoren „Solarthermie & Photovoltaik“ Dr.-Ing. J. Blumenberg Dr.-Ing. M. Spinnler 0. - 2 Entwicklung des Solarthermiemarktes in Deutschland 3 Mrd kWh !
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Vortrag Dr.-Ing. J. Blumenberg Dr.-Ing. M. Spinnler
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„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 1
→ Flachkollektoren— Wasserkollektoren— Speicherkollektoren— Luftkollektoren
→ Vakuumröhren-Kollektoren
→ Solarsysteme— Solarspeicher— Gesamtsysteme— Saisonalspeicher
2.1 Solarkollektoren
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 2
Entwicklung des Solarthermiemarktes in Deutschland
3 Mrd kWh !
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 3
Aufbau von Flachkollektorenhier: Viessmann VITOSOL 100
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 4
Aufbau von Flachkollektoren
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 5
Reale Flachkollektoren:Wirkungsgrad, Wärmebilanz
Stiebel-EltronSOL 170 -Reihe
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 6
Einbaubeispiele von thermischen Flachkollektoren
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 7
Aufbau von Flachkollektoren
Absorberformen für Flachkollektoren
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 8
Aufbau von Flachkollektoren
Rohrführungen von Absorbern für Flachkollektoren
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 9
Solares Zuluftsystem
Hallenbeheizung
Solare Wohnungslüftung
Trocknung
Solar-Luftsysteme: Anwendungsbeispiele
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 10
Aufbau von Luftkollektoren
Bauarten vonFlachkollektoren
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 11
Solar-Luftsysteme: Unterströmter Kollektor
ESG Glasabdeckung
Flanschrahmen
Alu-Rippenabsorber Stahlblechwanne(verzinkt)
Dämmung( 60 mm )
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 12
→ 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
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 13
Solar-Luft-Fassade Naturschutzzentrum Gaytal
Plattenbausanierung Potsdam, 2000
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 14
Aufbau eines Matrix-Luftkollektors
Schematischer Aufbau eines flachenSonnenkollektors mit Luft alsWärmeträger (Luftkollektor)
Aufbau einesMatrixkollektors
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 15
Aufbau von Luftkollektoren
Kennlinien vonFlachkollektoren
Längsschnitt durch den neuen, am Lehrstuhl entwickelten Matrixkollektor
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 16
Anwendung von Luftkollektoren
Solare Trocknung landwirtschaftlicher Produkte in Thailand
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 17
Solarer Kabinetttrockner
(Tukche, Nepal)
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 18
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
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 19
Aufbau des Solartrockners
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 20
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 21
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
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 22
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
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 23
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
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 24
Matrixkollektor
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 25
Doppelfassadensysteme
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 26
Aufbau von Vakuum-Röhrenkollektorenhier: Viessmann
VITOSOL 200
Direkt durch-strömter Kollektor
Heat-Pipe Kollektor
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 27
Aufbau von Vakuumröhren-Kollektoren
Vakuumröhren-Kollektor mit Heat-Pipe Funktionsprinzip einer Heat-Pipe
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 28
Modul aus Vakuumröhren-Kollektoren(Paradigma, ca. 2 m²)
Schnitt durch einen Sammler(Paradigma)
Aufbau von Vakuumröhren-Kollektoren
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 29
Aufbau direkt durchströmter Vakuumröhren-Kollektoren
Schnitt Vakuumröhre und Reflektor (Mikrotherm)
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 30
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
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 31
Reale Flachkollektoren:Wirkungsgrad, Wärmebilanz
SOL 170A: Flachkollektor
SOL 200/300 A: Röhrenkollektor
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 32
Solarspeicher
Wärmeschichtung in einem Solarspeicher: (1) Wasserentnahme, (2) Nachheizung mit Heizkessel über oberen Wärmetauscher, (3) Erwärmung über Solaranlage mit unterem Wärmetauscher
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 33
Speichersysteme
ZweispeichersystemEinspeichersystem
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 34
Solarkreisläufe
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 35
Solarsysteme
Nachheizung über Heizkessel (links),Durchlauferhitzer (rechts)
Schwerkraftsperre gegenNachtentladung
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 36
Solare Deckungsrate mit thermischen Flachkollektoren
6 m2 Kollektoren –Einfamilienhaus
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 37
Solarsysteme
Saisonalanlage
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 38
Schwimmbadbeheizung
Schwimmbadbeheizung im Einkreis-Solarsystem
Schwimmbadbeheizung im Zweikreis-Solarsystem
Kollektor
PumpeSchwimmbecken
Schwallwasser
Sicherheitsventil
Wärme-tauscher
Filter
Pumpe
Absorber
Schwimmbecken
Pumpe
Filter Schwallwasser
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 39
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);
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 40
Funktionsweisen von Ad- und Absorptionskältemaschinen
Funktionsweise einer Absorptionskältemaschine
Funktionsweise einer Adsorptionskältemaschine
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 41
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
„Solarthermie & Photovoltaik“Dr.-Ing. J. BlumenbergDr.-Ing. M. Spinnler0. - 42
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:
