Solare Prozess-Wärme in Oberösterreich
Mag. Christiane Eggerstv. Geschäftsführerin
O.Ö. Energiesparverband
09.00 Begrüßung, EinleitungSo-Pro Projekt, Solarthermie in OÖ, ContractingMag. Christiane Egger, O.Ö. Energiesparverband
09.50 Planungsunterstützung solare Prozesswärme-AnlagenDI (FH) Stefan Heß, Fraunhofer Institut, D
10.40 Kaffeepause11.00 Planungsunterstützung solare Prozesswärme-Anlagen
DI (FH) Stefan Heß, Fraunhofer Institut, D
11.50 Mittagspause13.15 Planung von größeren thermischen Solaranlagen
DI Harald Dehner, ASiC
14.55 Kaffeepause
Präsentation Anlagen-Beispiele:15.10 Deutschland: DI (FH) Stefan Heß, Fraunhofer Institut, D 15.40 Österreich: Christoph Mossböck, Hoval 16.10 Weltweit: DI Josef Buchinger, SOLID16.40 Ende des Trainingsseminars
ProgrammTrainingsseminar „Solare Prozesswärme“
Ziele• Energieeffizienz• Erneuerbare Energieträger• Neue Technologien
Organisation• 1991 vom Land OÖ gegründet• www.energiesparverband.at
Dienstleistungen• Energieinformation u.
Bewusstseinsbildung• Energiesparendes Bauen• produktunabhängige
Energieberatung• Aus- u. Weiterbildung• Europäische Projekte• Energiekonzepte• Energie-Technologie-Programm• Energie-Contracting-Programm• Ökoenergie-Cluster
O.Ö. Energiesparverband
• Ökoenergie: - Sonnenenergie- Biomasse, Biogas- Windenergie, Kleinwasserkraft- Wärmepumpen, Geothermie
• Energie-Effizienz:- Niedrigenergie/Passivgebäude- Contracting- Energieberatung- Energieausweis- Produkte & Anlagen
• Information & Kommunikation
• Qualifizierung/Weiterbildung
• Kooperation
• Forschung und Entwicklung
• Export
• Marketing und PR
• www.oec.at
160 Partner-Unternehmen Schwerpunkte:
Umsatz: 1,8 Milliarden EuroMitarbeiterInnen: 7.300Exportquote: über 50 %
Ökoenergie-Cluster Oberösterreich
1994 - 1999• 30 % erneuerbare Energie
(14 % Wasser, 14 % Biomasse, 2 % Solar u.a.)
• Energieverbrauch in neuen Wohngebäuden minus 30 %
• 15.000 Jobs
2000 - 2010• Verdopplung Biomasse & Solar• Steigerung der Energie-Effizienz
um 10 %
Energie-Zukunft 2030• Strom & Raumwärme zu 100 % aus Ökoenergie• Reduktion Wärmebedarf um 39 %• Minus 65% CO2 Emissionen
O.Ö. Energiekonzept
kumuliert
Solarthermie in Oberösterreich
EU 2010: 0,07 m²/EW Deutschland 2010: 0,16 m²/EWÖsterreich 2010: 0,54 m²/EWOberösterreich 2010: 0,82 m²/EW
0
100
200
300
400
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81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
in 1
000
m²
kumuliert
Solarthermie in Oberösterreich
Oberösterreich 2010: 0.82 m²/EW
Oberösterreich 2030: 2.20 m²/EW
in 1
000
m²
~ZIEL:
3 Million m² (2030)
0
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81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
Solarthermie in OberösterreichDerzeit wichtigste Einsatzbereiche:• Wohnbereich, öffentliche Bereich, Hotellerie & Gastronomie
Gewerbe & Industrie:• vielfältige Einsatzmöglichkeiten (Brauchwasser,
teilsolare Raumheizung, Niedertemperatur-Prozesswärme
Solarforschung• Austria Solar Innovation Center (ASiC)• Energie-Technologie-Programm OÖ
Solarindustrie in OÖ• 10% aller in Europa verkauften Kollektoren in OÖ produziert (2007)• 129 Mio Euro Umsatz (2009) • 1.800 Jobs (2009)• 50 Mio Euro/Jahr in thermische Solar-Anlagen investiert
Solarthermie-Förderungen für Betriebe
• Investitionsförderung thermische SolaranlagenBundesumweltförderung:bis 100 m²: 100 Euro/m² (Standardkollektoren), max. 30% der umweltrelevanten Investitionskostenab 100 m²: max. 20% bzw. 40 % der umweltrelevanten Investitionskosten (unter bzw. über De-Minimis-Grenze)Landesumweltförderungbis 100 m²: 60% der Bundesförderung, max. 15% der umweltrelevantenInvestitionskostenab 100 m²: 60% bzw. 40 % der Bundesförderung, max. 15% der umweltrelevanten Investitionskosten über De-Minimis-Grenze
• Energie-Technologie-Programm (ETP)Forschung, Entwicklung, Demonstration (innovative Projekten, Verfahren, Methoden, Produkte - Energieeffizienz und erneuerbarer Energie
• Energie-Contracting-Programm (ECP)
Solare Prozess-Wärme
• bisher noch sehr wenige Anlagen in Europa und weltweit (einige hundert)
• theoretisch großes Potenzial: mehr als 30 % des industriellen Wärmebedarfs liegt bei unter 100°
• viele Barrieren (Wirtschaftlichkeit, Informationsdefizite, ungenutzte Abwärme)
• Chancen, sich als Region zu diesem Thema zu positionieren (Oberösterreich: "Solarland Nummer 1" und als "Industrie-Bundesland")
Solar Process Heat Project - SO-PRO
EU-Projekt "Solare Prozesswärme" www.solar-process-heat.eu
Zielsetzung• Marktbelebung für solare Prozess-Wärme (Niedertemperaturbereich)
in 6 europäischen Regionen(OÖ, NRW, Sachsen, Kastillien, Region Maribor, Südböhmen)
• Pilot-Projekte
Methode• Zusammenbringen von Know-How aus dem
industriellen und dem Solar-Bereich
• keine Beschränkung auf einen einzelnen Industriesektor
• O.Ö. Energiesparverband ist Projekt-Koordinator, Projektpartner:Gertec, Saena, Escan, Energap, ECCB, Fraunhofer ISE
SO-PRO Aktivitäten & Ergebnisse
- Energy Screenings in 90+ Unternehmen- 24 Roundtables, 6 regionale Fach-Konferenzen- 140+ Teilnehmer/innen an Trainingsseminaren- 100+ Presse-Artikel- 21 Publikationen in 5 Sprachen (u.a. Checklisten
und Design-Guides)- 4000+ Entscheidungsträger informiert- Messe-Stand auf der Hannover Messe- internationale Fachkonferenz im Rahmen der
World Sustainable Energy Days (200+ Teilnehmer/innen)- Pilotprojekte
Anwendungsbereiche
• Industrielle Prozesse, die Temperaturen (deutlich) unter 100° C benötigen und dies in den wärmeren Monaten
• Beispiele für derartige Prozesse: - Reinigen, Trocknen, Bäder, Bleichen, Färben, Oberflächenbehandlung, etc. - auch: Vorwärmung von Wasser, Beheizung von Produktionsgebäudenund solare Klimatisierung
• Branchen, in denen solare Prozess-Wärme-Anwendungen wahrscheinlicher sind: Nahrungs-, Genuß- und Futtermittelherstellung, Textilbetriebe, Metall, Maschinenbau, Baumaterialien
• Branchen, in denen solare Prozess-Wärme-Anwendungen unwahrscheinlicher sind (Temperatur-Niveaus, oft KWK-Abwärme): Papier und Zellstoffherstellung, chemische Industrie, Glasproduktion
K.O. und O.K. Kriterien
Erster Schritt: "K.O. Kriterien" - Gibt es einen Prozesswärmebedarf von unter 100°?- Stehen Flächen für eine thermische Solaranlage zur Verfügung?- Orientierung der Fläche nach Süden/SO/SW bzw. ein Flachdach?- Benötigen Sie während der Sommermonate fossile Energieträger für Prozesswärme?
Falls zumindest eine Frage mit "Nein" beantwortet wird, ist die wirtschaftliche Umsetzung solarer Prozesswärme wahrscheinlich nur schwer möglich
Zweiter Schritt: "O.K. Kriterien"- Wird von März bis September Prozesswärme benötigt? An mind. 5 Tagen/Woche?- Liegt das Temperaturniveau der Prozesswärme überwiegend unter 50°C (ausser für
Vorwärmung)?- Planen Sie in den nächsten Jahren einen Umbau/eine Betriebserweiterung?- Ist die Nutzung von Abwärme nicht/schwer möglich?- Ist eine Amortisationszeit für Investitionen von über 5 Jahren akzeptabel?- Gibt es im Unternehmen grundsätzliches Interesse an erneuerbarer Energie?
Je mehr "Ja"-Antworten, desto besser
SO-PRO – Checkliste
Selbsteinschätzungs-Checkliste für Industrie-Unternehmen
- für Produktionsbetriebe, die sich grundsätzlich für solare Prozesswärme interessieren
- erste Abschätzung, ob solare Prozesswärme sinnvoll
- O.K. / K.O. Kriterien
- in den Seminarunterlagen & unter www.solar-process-heat.eu
Vorbereitungsschritte solare Prozesswärme-AnlagenÖrtliche Gegebenheiten & Rahmenbedingungen• SO-PRO Checkliste ausfüllen• Begehung• Anfertigung einer Skizze des/der Gebäude(s) mit Grunddaten• Grobberechnung verfügbare Fläche für die Solaranlage (Dachfläche, Pufferspeicher)• Info über rechtliche Vorschriften einholen (Anzeigepflicht etc.)
Prozess-Charakteristik• Überblick über alle thermischen Prozesse
(Prozess-Schemata, Aufteilung des Gesamtwärmebedarfes auf einzelne Prozesse)• Sammlung verfügbarer Daten über den Wärmebedarf der relevanten Prozesse
(Temperaturniveaus, thermische Lastprofile)• Infos zum derzeitigen Heizsystem (Energieträger, Energiepreis, Alter etc.)
Künftige Entwicklung• sind Änderungen / Erweiterungen in den Produktionsprozessen geplant / angedacht?
Prozess-Charakteristik• Prozess-Optimierung zur Reduzierung des Wärmebedarfs überlegen (Abwärmenutzung)
Handbuch Planungsunterstützung
für die Einbindung solarthermischer Anlagen in ausgewählte industrielle Prozesse
- Lastprofile / Nomogramme / Systemkonzepte
- in den Tagungsunterlagen & unter www.solar-process-heat.eu
Unterstützung bei der Umsetzung
• Energieberatung & Planungsunterstützung durch denO.Ö. Energiesparverband
− technische & wirtschaftliche Aspekte
− Förderung
− ev. Simulation
• Veranstaltungen
• Publikationen
• mehr als 2300 Beratungen
Zielgruppe:• Alle Unternehmen mit Standort in OÖ
Beratungsumfang:• Grundberatung: max. 2 Beratertage• Detailberatung: in speziellen Fällen
Beratungsinhalte:• Energiekosten senken• innovative Technologien• Wirtschaftlichkeit• Energie-Förderungen
Beratungsanforderung an O.Ö. Energiesparverband
Energieberatung für Betriebe
Energie-Contracting
• Steigerung der Energie-Effizienz und der verstärkten Nutzung erneuerbarer Energieträger durch Investition durch einen "Contractor"
• Refinanzierung durch Energieeinsparung bzw. Energielieferung
• zwei Contracting-Arten:
Beim "Einspar-Contracting" führt der Contractor Energiespar-Maßnahmen durch (z.B. Wärmedämmung), die zu geringeren Energiekosten führen. Aus den erzielten Einsparungen werden die Investitionskosten des Contractors refinanziert.
Beim "Anlagen-Contracting" plant, errichtet, finanziert und betreibt der Contractor Energieanlagen beim Contractingnehmer. Der Contractor liefert z.B. Strom und Wärme zu einem festgelegten Preis.
Wärmepreis
Wärmelieferung
Contractor = Investor
Planung Finanzierung Errichtung Betrieb Wartung Instandsetzung Pumpenstrom
Objekteigentümer
Anlagen-Contracting
Energieliefervertrag
Mietvertrag Dachfläche
Energie-Contracting-Programm (ECP)
• Förderprogramm Programm des Landes OÖ / Wirtschaftsressort
• Einspar- und Anlagen-Contracting (Energieeffizienz und erneuerbare Energieträger): Investition durch Dritten, Refinanzierung durch Energieeinsparung bzw. Energielieferung
• Förderabwicklung: O.Ö. Energiesparverband
• Förderung in Form eines Zuschusses zu den Investitionskosten: Fördersatz: Einspar-Contracting max. 20%; Anlagen-Contracting max. 13,5%, Mindest-Investition: 50.000 €
• de-minimis beachten!
Beispiel: Berechnung der ECP-Förderhöhe
(Solar-)Anlagen-Contracting
• Gesamtkosten: 70.000 €• grundsätzlich anerkanntes Investitionsvolumen: 70.000 €
• abzüglich Anzahlungen und Zuschüsse: 22.000 €(z.B. KPC & Landesförderungen)
• Bemessungsgrundlage/förderbare Investition: 48.000 €• Fördersatz bei Laufzeit 10 Jahre: 13,5 %
• Höhe der Einmalprämie: 6.480 €
Energie-Contracting-Programm –Ablauf
• Erstgespräch beim O.Ö. Energiesparverband
• Förderantrag an O.Ö. Energiesparverband
• Prüfung des Antrages durch den O.Ö. Energiesparverband
• Genehmigung des Antrages durch das Land OÖ/Wirtschaftsressort
• Umsetzung des Contracting-Projektes
• Vorlage der Abrechnung des Contracting-Projektes beim O.Ö. Energiesparverband
• Auszahlung der Fördersumme
Solar-Anlagen-Contracting
• bisher sehr wenige Projekte - selbst im "hochentwickelten"
Contracting-Markt Oberösterreich
• bei existierenden Projekte sind Solaranlage idR Teil eines
grösseren Einspar-Contracting-Projektes
• "reines" Solar-Anlagen-Contracting:
- Herausforderung Heizungseinbindung
- Herausforderung Wirtschaftlichkeit
- Kalkulation Solarertrag
- noch wenige praktische Erfahrungen
Gerberei Kölblinger, Nußdorf/Attersee• Gerben von Tierhäuten / Lederproduktion• solare Wärme für Nassprozesse der Gerberei• 77 m² Solaranlage• 40.000 l Pufferspeicher
Eisvogel, Molln• Fischzucht/-verarbeitung/-handel• solare Wärme für Waschanlage• 44 m² Solaranlage
Leitl Beton, Hörsching• Herstellung von Betonfertigdecken & Wänden• 315 m² Solaranlage• 3 x 12.000 l Pufferspeicher & 500 l Brauchwasserspeicher• Gesamtwärmebedarf von 530.000 kWh/a durch Solaranlage & Hackschnitzel-Heizanlage gedeckt
Anlagen-Beispiele
www.solar-process-heat.eu
© Fraunhofer ISE
Auslegung von Solaranlagen für ausgewählte industrielle Prozesse
Dipl.-Ing. (FH) Stefan Heß Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ Linz, 22. September 2011 www.ise.fraunhofer.de
© Fraunhofer ISE
Agenda
2
Hintergrund und Motivation
Der SO-PRO Planungsleitfaden
Aufbau und Anwendungsbereich
Wichtige Begriffe und Kennwerte
Integraler Planungsansatz
Beispiel: Auslegung einer Solaranlage für einen Waschprozess
Vorauslegung mit Daumenwerten
Nutzen detaillierter Auslegungs-Nomogramme
Vorstellung von drei weiteren Industrieprozessen mit Systemkonzepten
Übung: Teamarbeit und Diskussion der Lösungen
Zusammenfassung
© Fraunhofer ISE
Agenda
3
Hintergrund und Motivation
Der SO-PRO Planungsleitfaden
Aufbau und Anwendungsbereich
Wichtige Begriffe und Kennwerte
Integraler Planungsansatz
Beispiel: Auslegung einer Solaranlage für einen Waschprozess
Vorauslegung mit Daumenwerten
Nutzen detaillierter Auslegungs-Nomogramme
Vorstellung von drei weiteren Industrieprozessen mit Systemkonzepten
Übung: Teamarbeit und Diskussion der Lösungen
Zusammenfassung
© Fraunhofer ISE
Industrielle Prozesswärme: Bedarf und Potential
Bedarf pro Temperaturbereich (Deutschland) [1]
Industrielle Prozesswärme ist für mehr als 20 % des Endenergiebedarfs (in Deutschland, ähnlich für EU 25) verantwortlich.
Ein signifikanter Anteil von 33 % wird auf Temperaturniveaus unter150 °C benötigt.
Enormes Potential:
Deutschland: ca. 16 TWh(3,1 % des industriellen Wärmebedarfs) = 36 Mio. m2 (450 kWh / (m2*a)) [1]
EU 25: ca. 70 TWh= 155 Mio. m2 [1](gesamte installierte Kollektorfläche der EU27, 2009: ca. 46 Mio. m2 [2])
[1] C. Lauterbach et al. 2010: Potential of Solar Process Heat in Germany. Uni Kassel[2] W. Weiß et al., 2011: Solar Heat Worldwide Report 2009. AEE INTEC 4
© Fraunhofer ISE
Hemmnisse:
Finanzielle Einschränkungen (Payback < 5 Jahre)
Komplexe Systemintegration, hoher Planungsaufwand, Mangel an standardisierten Planungslösungen, “Missing Links” zwischen Prozessplanern, Energieberatern und Solarfirmen
Priorität von Energieeffizienzmaßnahmen
Realität und Hemmnisse
Im Jahr 2010 waren nur ca. 200 Anlagen für solare Prozesswärmeerzeugung ( ca. 42 MWth oder 60.000 m2) weltweit erfasst (incl. Hallenheizung) [3].
Aber solare Prozesswärme wächst stark, besonders in China, Indien und im Mittleren Osten [2].
Source: Sotec Solar, Germany
[3] W. Weiß, 2010: Speech at Intersolar Conference Solar Process Heat. IEA Task 33/IV and research of AEE INTEC 5
© Fraunhofer ISE
Agenda
6
Hintergrund und Motivation
Der SO-PRO Planungsleitfaden
Aufbau und Anwendungsbereich
Wichtige Begriffe und Kennwerte
Integraler Planungsansatz
Beispiel: Auslegung einer Solaranlage für einen Waschprozess
Vorauslegung mit Daumenwerten
Nutzen detaillierter Auslegungs-Nomogramme
Vorstellung von drei weiteren Industrieprozessen mit Systemkonzepten
Übung: Teamarbeit und Diskussion der Lösungen
Zusammenfassung
© Fraunhofer ISE
[4] S. Heß et al. 2010: www.solar-process-heat.eu/guide
SO-PRO Planungsleitfaden [4]
Ziel: Bereitstellen der „Missing Links“ zwischen Prozessplanern, Energieberatern und Solarfirmen
Auslegungsprinzipien für vier ausgewählte Industrieprozesse:
Erwärmen von Wasser für Wasch- oder Reinigungszwecke
Erwärmen von Zusatzwasser für offene Dampfnetze
Heizen von Bädern / Behältern
Trocknung mit Heißluft
Integraler Planungsansatz mit aufeinanderfolgenden Schritten
7
© Fraunhofer ISE
Wichtige Begriffe und Kennzahlen
Wärmebedarf: Thermische Last: Bedarf pro Tag/Woche/Jahr Lastprofil:
Variation des Wärmebedarfs Tages-, Wochen-, Monats- und Jahresverlauf
Verfügbares Temperaturniveau: Temperatur- niveau an der Einbindungsstelle (WÜT), (niedrige Temperaturen oft vorteilhaft)
Unterstützung offener oder geschlossener Prozesse: Ein Prozess ist offen, wenn das zu erwärmende Medium nicht zirkuliert wird.
Direkt oder indirekt beheizte Prozesse: Die Versorgung eines Prozesses über einen Wärmeübertrager ist indirekt. Sie ist direkt, wenn der Wärmeträger vom Prozess stofflich genutzt wird.
Integration der Solarwärme auf Prozess- oder Versorgungsebene: Auf Prozessebene wird direkt ein einzelner Prozess unterstützt, auf der Versorgungsebene wird das Heißwasser- oder Dampfnetz unterstützt.
8
Source: Fraunhofer ISE
© Fraunhofer ISE
Integraler Planungsansatz Vor-Analyse: Gebäude und Rahmenbedingungen Checklisten, Telefonate (www.solar-process-heat.eu/checklist) Warum interessiert sich die Firma für Solarthermie?
Analyse der Prozess-Charakteristika und des Wärmenetzes Ortstermin mit einem Techniker der Firma, Skizze des Gebäudes Ermittlung der Temperaturniveaus und des Zustandes von Wärmenetz und
Wärmeerzeuger Offene / geschlossene Prozesse, Einbindung auf Prozess- oder
Versorgungsebene günstiger, direkte/indirekte Einbindung möglich? Prozess-Schemata, Lastprofile (Installation von Messtechnik)
Prozessoptimierung und Energieeffizienzmaßnahmen [5]
Prozesse Stand der Technik? Zukunftspläne? Wärmerückgewinnung prüfen (Pinch Analyse)
Diese Punkte immer vor Installation einer Solaranlage klären![5] C. Brunner et al. 2010: IEE-Project Einstein: www.iee-einstein.org 9
© Fraunhofer ISE
Agenda
10
Hintergrund und Motivation
Der SO-PRO Planungsleitfaden
Aufbau und Anwendungsbereich
Wichtige Begriffe und Kennwerte
Integraler Planungsansatz
Beispiel: Auslegung einer Solaranlage für einen Waschprozess
Vorauslegung mit Daumenwerten
Nutzen detaillierter Auslegungs-Nomogramme
Vorstellung von drei weiteren Industrieprozessen mit Systemkonzepten
Übung: Teamarbeit und Diskussion der Lösungen
Zusammenfassung
© Fraunhofer ISE
a) Bereitstellung von Warmwasser für Wasch- oderReinigungszwecke
Beispiel für ein Systemkonzept zur Bereitstellung von Warmwasser
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© Fraunhofer ISE
Thermisches Lastprofil
Beispiel für das diskontinuierliche Lastprofil des Warmwasserbedarfs zur Reinigung einer Produktionsstraße eines mittelständischen Betriebs der Lebensmittelbranche
Zwei Schichten (5:30 Uhr bis 22 Uhr) Hoher Wärmebedarf zur manuellen Reinigung von 20 Uhr bis 22 Uhr Wochenenden frei, Betriebsferien für drei Wochen im Sommer und für zwei
Wochen um den Jahreswechsel 12
0
20
40
60
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Wär
meb
edar
f [ %
]
Tageszeit
Arbeitstag
0
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0 1 2 3 4 5 6 7W
ärm
ebed
arf [
% ]
Wochentag
Arbeitswoche
0
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120
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Wär
meb
edar
f [ %
]
Woche des Jahres
Jahr
© Fraunhofer ISE
Beispiel: thermisches Lastprofil und jährlicher Wärmebedarf
Bei einem gemessenen Bedarf von 10 m3 Warmwasser pro Arbeitstag kann der Wärmebedarf QArbeitstag vereinfacht berechnet werden:
Das Lastprofil zeigt, dass zwischen 05:30 Uhr und 20:00 Uhr der Warmwasserbedarf ca. 408 l / h beträgt. Innerhalb der letzten beiden Stunden steigt er auf 2040 l / h.
Wochenenden und Betriebsferien (235 Arbeitstage von 365) führen zu einem mittleren Tagesbedarf von 6,44 m3 pro Tag und einem jährlichen Energiebedarf dieses Prozesses von 122,8 MWhth / Jahr.
Welcher Teil dieses Jahresbedarfs kann sinnvoll mit einer Solaranlage gedeckt werden?
kWhkWhkJK
KkgkJkgTcmQ pArbeitstagArbeitstag 5.5223600/)4518.4000,10( =⋅⋅
⋅≈∆⋅⋅=
13
© Fraunhofer ISE
Vorauslegung (Daumenwerte für Mitteleuropa)
Kollektor-Aperturfläche AAp:
Methode a): Als Aperturfläche verfügbare Dachfläche mit einem erwarteten Solarertrag von 500 kWh / (Jahr*m2
Ap) multiplizieren
Methode b): Jährlicher thermischer Energiebedarf der zu unterstützenden Prozesse mit einem solaren Deckungsgrad von 40 % multiplizieren, dividiert durch 500 kWh / (Jahr*m2
Ap)
Speichervolumen VSto:
Als erster Richtwert können 50 lSto / m2Ap angenommen werden:
222 100500/)4.08.122(500/)4.0( ApApAp
JahrAp mmkWhMWh
mkWhQA ≈⋅=⋅=
32
22 55010050 m
mlm
mlAV
ApApApSto ≈⋅=⋅=
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0
100
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Syst
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trag
[kW
h / (
Jahr
* m
2 Ap)]
Dec
kung
sgra
d[%
]
Auslastung [Liter Warmwasser / (Tag * m2Ap)]
10 Liter Speichervol. / m²Ap30 Liter Speichervol. / m²Ap50 Liter Speichervol. / m²Ap70 Liter Speichervol. / m²Ap
Würzburg:Horizontale Globalstrahlung = 1090 kWh /
DeckungsgradSystemertrag
Auslegungs-Nomogramme:
Diskont. Lastprofil Folie 13, 15 °C auf 60 °C, Flachkoll., Schichtspeicher, Anstellwinkel 35 °
15
Kleine Systeme Große Systeme
Beispiel: Bedarf = 10,000 l / Tag
133 m2 100 m2 400 m2 200 m2 80 m2 66 m2
Beispiel: Bedarf = 20,000 l / Tag
266 m2 200 m2 800 m2 400 m2 160 m2 132 m2
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100
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Syst
emer
trag
[kW
h / (
Jahr
* m
2 Ap)]
Dec
kung
sgra
d[%
]
Auslastung [Liter Warmwasser / (Tag * m2Ap)]
10 Liter Speichervol. / m²Ap30 Liter Speichervol. / m²Ap50 Liter Speichervol. / m²Ap70 Liter Speichervol. / m²Ap
Würzburg:Horizontale Globalstrahlung = 1090 kWh /
DeckungsgradSystemertrag
Auslegungsnomogramm
36
515
16
Kleine Systeme Große Systeme
Diskont. Lastprofil Folie 13, 15 °C auf 60 °C, Flachkoll., Schichtspeicher, Anstellwinkel 35 °
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0
100
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300
400
500
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700
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0 25 50 75 100 125 150 175 200
Syst
emer
trag
[kW
h / (
Jahr
* m
2 Ap)]
Dec
kung
sgra
d[%
]
Auslastung [Liter Warmwasser / (Tag * m2Ap)]
10 Liter Speichervol. / m²Ap30 Liter Speichervol. / m²Ap50 Liter Speichervol. / m²Ap70 Liter Speichervol. / m²Ap
Würzburg:Horizontale Globalstrahlung = 1090 kWh /
DeckungsgradSystemertrag
Kleine Systeme Große Systeme
Diskont. Lastprofil Folie 13, 15 °C auf 60 °C, Flachkoll., Schichtspeicher, Anstellwinkel 35 °
Auslegungsnomogramm
36
515
17
86 m2 64 m2 258 m2 129 m2 52 m2 43 m2
Beispiel: Bedarf = 6,440 l / Tag
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0
100
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400
500
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0 25 50 75 100 125 150 175 200
Syst
emer
trag
[kW
h / (
Jahr
* m
2 Ap)]
Dec
kung
sgra
d[%
]
Auslastung [Liter Warmwasser / (Tag * m2Ap)]
10 Liter Speichervol. / m²Ap30 Liter Speichervol. / m²Ap50 Liter Speichervol. / m²Ap70 Liter Speichervol. / m²Ap
Würzburg:Horizontale Globalstrahlung = 1090 kWh /
DeckungsgradSystemertrag
Kleine Systeme Große Systeme
Diskont. Lastprofil Folie 13, 15 °C auf 60 °C, Flachkoll., Schichtspeicher, Anstellwinkel 35 °
Beispiel: Bedarf = 6,440 l / Tag Variation: “Kleineres” System?
36
515
530
27
86 m2 64 m2
18
258 m2 129 m2 52 m2 43 m2
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Ergebnisse für dieses grüne Design:
Berechnung der resultierenden Kollektor-Aperturfläche unter Nutzung der Auslastung von 75 l Warmwasser pro Tag und m2
Ap:
Die ermittelten solaren Systemerträge gelten für das Speichervolumen:
Berechnung der jährlichen Solarerträge dieses Systems über:
spezifischen Systemertrag:
solaren Deckungsgrad:
22 86)
*75(/)440,6( Ap
ApAp m
mTagWWl
TagWWlA ≈=
lmm
lV ApAp
Sto 300,486*50 22 ≈=
JahrMWhm
mJahrkWhE Ap
ApJahr 3.4486*
*515 2
2 ≈=
JahrMWh
JahrMWhEJahr 2.44%36*8.122 ≈=
19
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200
400
600
800
1000
1200
0
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50
60
70
80
90
100
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Syst
emer
trag
[kW
h / (
Jahr
* m
2 Ap)]
Dec
kung
sgra
d[%
]
Auslastung [Liter Warmwasser / (Tag * m2Ap)]
10 Liter Speichervol. / m²Ap 30 Liter Speichervol. / m²Ap
50 Liter Speichervol. / m²Ap 70 Liter Speichervol. / m²Ap
Madrid:Horizontale Globalstrahlung = 1615 kWh / (Jahr* m²)
DeckungsgradSystemertrag
Standort Madrid
53
1015
64 m2
Beispiel: Bedarf = 6,440 l / Tag
20
86 m2 258 m2 129 m2 52 m2 43 m2
© Fraunhofer ISE
Agenda
21
Hintergrund und Motivation
Der SO-PRO Planungsleitfaden
Aufbau und Anwendungsbereich
Wichtige Begriffe und Kennwerte
Integraler Planungsansatz
Beispiel: Auslegung einer Solaranlage für einen Waschprozess
Vorauslegung mit Daumenwerten
Nutzen detaillierter Auslegungs-Nomogramme
Vorstellung von drei weiteren Industrieprozessen mit Systemkonzepten
Übung: Teamarbeit und Diskussion der Lösungen
Zusammenfassung
© Fraunhofer ISE
b) Vorwärmung von Kessel-Zusatzwasser
Hohe Solarerträge wegen des niedrigen Temperaturniveaus
Systemkonzept sehr ähnlich zu Warmwasserbereitung
Nur anwendbar auf (teilweise) offene Dampfnetze
Wärmerückgewinnung muss geprüft werden (Temperaturniveau!)
Beispiel für ein Systemkonzept zum Vorwärmen von Kessel-Zusatzwasser für ein teils offenes Dampfnetz
22
© Fraunhofer ISE
Thermisches Lastprofil
Beispiel für das Profil des Verbrauchs von Kessel-Zusatzwasser eines teilweise offenen Dampfnetzes einer kleinen Wäscherei.
Zwei Schichten (5:30 Uhr bis 22:00 Uhr), Wochenende, keine Ferien Die Füllstandskontrolle des Speisewasserbehälters öffnet den Zulauf jeweils
für ca. 30 min.
23
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Wär
meb
edar
f [ %
]
Tageszeit
Arbeitstag
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6 7
Wär
meb
edar
f [ %
]
Wochentag
Arbeitswoche
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Wär
meb
edar
f [ %
]
Woche des Jahres
Jahr
© Fraunhofer ISE
c) Heizen von Bädern und Behältern
Geschlossene Anbindung: Wirtschaftlichkeit hängt stark von Badtemperatur ab.
Wärmerückgewinnung von Bädern höherer Temperatur möglich?
Regelmäßiges Wiederbefüllen vorteilhaft
Teils kleinere Speichervolumina möglich (Bäder in Grenzen als Speicher)
Beispiel für ein Systemkonzept zum solaren Beheizen eines industriellen Bades. Der Bypass des Pufferspeichers wird über die Regelung geschaltet. Der elektrische Heizer wird nur für die Feinregelung der Bad-Temperatur verwendet.
24
© Fraunhofer ISE
Thermisches Lastprofil
Beispiel für den kontinuierlichen Wärmebedarf eines Galvanik-Bades in einer kleineren Firma
Der Elektrolyt muss zu jeder Zeit auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden
Wärmebedarf deshalb auch nachts und am Wochenende Keine Arbeit am Wochenende, keine Betriebsferien
25
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Wär
meb
edar
f [ %
]
Tageszeit
Arbeitstag
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6 7
Wär
meb
edar
f [ %
]
Wochentag
Arbeitswoche
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Wär
meb
edar
f [ %
]
Woche des Jahres
Jahr
© Fraunhofer ISE
d) Konvektive Trocknung mit Heißluft
Kein Speicher nötig
Kontinuierlicher Wärmebedarf vorteilhaft
Wirkungsgrad von Luftkollektoren sinkt mit sinkendem Massenstrom
Systemkonzept eines offenen Trocknungsprozesses.Das offene Luftkollektorsystem wird seriell nachgeheizt (Solarlüfter links, konventioneller Lüfter rechts)
26
© Fraunhofer ISE
Agenda
27
Hintergrund und Motivation
Der SO-PRO Planungsleitfaden
Aufbau und Anwendungsbereich
Wichtige Begriffe und Kennwerte
Integraler Planungsansatz
Beispiel: Auslegung einer Solaranlage für einen Waschprozess
Vorauslegung mit Daumenwerten
Nutzen detaillierter Auslegungs-Nomogramme
Vorstellung von drei weiteren Industrieprozessen mit Systemkonzepten
Übung: Teamarbeit und Diskussion der Lösungen
Zusammenfassung
© Fraunhofer ISE
Teamarbeit: Konzeption und Auslegung einer Solaranlage zur Unterstützung eines Industrieprozesses Übungen auf den Folgeseiten: Übung 1: Solares Beheizen eines Galvanik-Bades
(geschlossene Anbindung, Variation von Standort, Kollektortyp und Badtemperatur)
Übung 2: Vorwärmung von Kessel-Zusatzwasser einer Wäscherei (Diskussion der direkten/indirekten Integration von Solarwärme)
Ablauf: Bitte bilden Sie Teams mit 2 oder 3 Personen 1 Taschenrechner pro Team wird empfohlen Bitte lösen Sie beide Übungen und diskutieren Sie die
Ergebnisse in Ihrem Team (zeichnen Sie Ihre Auslegungspunkte in die Nomogramme ein)
Zeit: 20 min Die Ergebnisse sind im Handout dokumentiert!
28
© Fraunhofer ISE
Übung 1: Solares Beheizen eines Galvanikbades
29
Eine Galvanik-Firma in Würzburg benötigt 250 kWh / Tag thermische Energie (Jahresdurchschnitt, Wochenenden/Ferien sind schon mit einbezogen) zum Beheizen eines Bades. Dieses Bad muss ganzjährig auf einem Temperaturniveau von 45 °C gehalten werden.
Systemkonzept für Übung 1
© Fraunhofer ISE
Übung 1: Solares Beheizen eines Galvanikbades
1) Berechnen Sie den jährlichen Energiebedarf dieses Prozesses und schätzen Sie Aperturfläche und Speichervolumen einer Solaranlage ab, die diesen Bedarf zu 40 % deckt (vgl. Folie 14)
222 73
*500/)4.0250,91(500/)4.0( Ap
ApApJahrAp m
mJahrkWh
JahrkWh
mkWhQA =⋅=⋅=
32
22 65.3507350 m
mlm
mlAV
ApApApSto ≈⋅=⋅=
kWhTageTagkWhQJahr 250,91365250 =⋅=
30
© Fraunhofer ISE
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5Spezifischer Energiebedarf des Bades [kWh / (Tag * m2
Ap)]
Dec
kung
sgra
d [%
]
0
100
200
300
400
500
Syst
emer
trag
[kW
h / J
ahr *
m2 A
p )]
50 Liter Speichervol. / m²Ap, Flachkollektor70 Liter Speichervol. / m²Ap, Flachkollektor50 Liter Speichervol. / m²Ap, Vakuumröhrenkollektor70 Liter Speichervol. / m²Ap, Vakuumröhrenkollektor
Würzburg:Horizontale Globalstrahlung = 1090 kWh / (Jahr* m²)
DeckungsgradSystemertrag
2) Führen Sie eine genauere Auslegung basierend auf den Simulationsergebnissen des folgenden Nomogramms durch. Setzen Sie Vakuumröhren-Kollektoren und 50 l / m2 Speicher-volumen ein. Welcher Deckungsgrad sollte gewählt werden?
%40=solf
2
2
100
5.2
250
mmTag
kWhTagkWh
AAp
=
⋅
=
3
22
5
50100
mmlmVSto
=
⋅=Badtemp.: 45 °C
31
Übung 1: Solares Beheizen eines Galvanikbades
© Fraunhofer ISE
3) Wie schätzen Sie ein System mit einer Bad-Temperatur von 65 °C ein? Was ist der Hauptgrund für den niedrigen solaren Deckungsgrad? Vergleichen Sie das Systemkonzept auf Folie 24!
Grund: Verfügbares Temperaturniveau: 70 °C
%25=solf
2
2
100
5.2
250
mmTag
kWhTagkWh
AAp
=
⋅
=
3
22
5
50100
mmlmVSto
=
⋅=
32
Übung 1: Solares Beheizen eines Galvanikbades
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5Spezifischer Energiebedarf des Bades [kWh / (Tag* m2
Ap)]
Dec
kung
sgra
d [%
]
0
100
200
300
400
500
Syst
emer
trag
[kW
h / J
ahr *
m2 A
p )]
30 Liter Speichervol. / m²Ap
50 Liter Speichervol. / m²Ap
70 Liter Speichervol. / m²Ap
Würzburg:Horizontale Globalstrahlung = 1090 kWh / (Jahr* m²)
DeckungsgradSystemertrag
Bad-Temp.: 65 °C, Vakuumröhren
© Fraunhofer ISE
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5Spezifischer thermischer Energiebedarf des Bades [kWh / (Tag * m2
Ap)]
Dec
kung
sgra
d [%
]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Syst
emer
trag
[kW
h / (
Jahr
*m2 A
p )]
50 liter storage vol. / m²Ap, flat-plate70 liter storage vol. / m²Ap, flat-plate50 liter storage vol. / m²Ap, evacuated-tube70 liter storage vol. / m²Ap, evacuated-tube
Madrid: Horizontale Globalstrahlung = 1615 kWh / (Jahr* m²)
DeckungsgradSystemertrag
4) Angenommen die Firma befände sich in Madrid. Wie würden Sie hier das System für 45 °C dimensionieren?
Gewählter Kollektortyp: Flachkollektor %56=solf
2
2
83
3
250
mmTag
kWhTagkWh
AAp
=
⋅
=
3
22
8.5
7083
mmlmVSto
=
⋅=Bad-Temp.: 45 °C
33
Übung 1: Solares Beheizen eines Galvanikbades
© Fraunhofer ISE
Übung 2: Solare Vorwärmung von Kessel-Zusatzwasser
Eine Wäscherei in Würzburg (keine Ferien, Wochenenden frei) betreibt ein Dampfnetz mit verschiedenen indirekten Verbrauchern und einer großen Waschstraße, die den Dampf direkt nutzt. Deshalb benötigt das Netz im Durchschnitt 15 t Zusatzwasser pro Tag.
34Systemkonzept für Übung 2
© Fraunhofer ISE
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75 100 125 150 175 200Auslastung [Liter Kesselzusatzwasser / (Tag * m2
Ap)]
Dec
kung
sgra
d [%
]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Syte
mer
trag
[kW
h / J
ahr *
m2 A
p )]
30 Liter Speichervol. / m²Ap50 Liter Speichervol. / m²Ap70 Liter Speichervol. / m²Ap
Würzburg:Horizontale Globalstrahlung = 1090 kWh / (Jahr* m²)
DeckungsgradSystemertrag
1) Ergänzen Sie die charakteristischen Werte für eine durchschnittlich dimensionierte Solaranlage für diesen Prozess %25=solf
2
2
200
75
15000
mmTag
lTag
l
AAp
=
⋅
=
3
22
10
50200
mmlmVSto
=
⋅=
35
Flachkollektoren
Übung 2: Solare Vorwärmung von Kessel-Zusatzwasser
© Fraunhofer ISE
2) Wie unterscheiden sich der empfohlene solare Deckungsgrad und die solaren Systemerträge von Kessel-Zusatzwasser (Folie 35, Lastprofil Folie 23) und Reinigungswasser (Folie 16, Lastprofil Folie 12)?
a) Empfohlener Deckungsgrad: 25 % für Kessel-Zusatzwasser und 36 % für Reinigungswasser b) Solare Systemerträge: 570 kWh / m2 Kessel-Zusatzwasser und 515 kWh / m2 Reinigungswasser
36
4) Was sind die beiden Hauptgründe für die unterschiedlichen Erträge?
a) Das Lastprofil des Reinigungswassers zeigt Betriebsferien.
b) Hier können Temperaturen über 60 °C nicht genutzt werden.
3) Was ist der Hauptgrund für den unterschiedlichen Deckungsgrad?
Beim Reinigungswasser ist die Last bis 60 °C definiert, bis 90 °C beim Kessel-Zusatzwasser.
Übung 2: Solare Vorwärmung von Kessel-Zusatzwasser
© Fraunhofer ISE
Ergebnisse für Übung 1: Solares Beheizen eines Galvanikbades
37
Eine Galvanik-Firma in Würzburg benötigt 250 kWh / Tag thermische Energie (Jahresdurchschnitt, Wochenenden/Ferien sind schon mit einbezogen) zum Beheizen eines Bades. Dieses Bad muss ganzjährig auf einem Temperaturniveau von 45 °C gehalten werden.
Systemkonzept für Übung 1
© Fraunhofer ISE
1) Berechnen Sie den jährlichen Energiebedarf dieses Prozesses und schätzen Sie Aperturfläche und Speichervolumen einer Solaranlage ab, die diesen Bedarf zu 40 % deckt (vgl. Folie 14)
222 73
*500/)4,0250,91(500/)4,0( Ap
ApApJahrAp m
mJahrkWh
JahrkWh
mkWhQA =⋅=⋅=
32
22 65,3507350 m
mlm
mlAV
ApApApSto ≈⋅=⋅=
kWhTageTagkWhQJahr 250,91365250 =⋅=
38
Ergebnisse für Übung 1: Solares Beheizen eines Galvanikbades
© Fraunhofer ISE
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5Spezifischer Energiebedarf des Bades [kWh / (Tag * m2
Ap)]
Dec
kung
sgra
d [%
]
0
100
200
300
400
500
Syst
emer
trag
[kW
h / J
ahr *
m2 A
p )]
50 Liter Speichervol. / m²Ap, Flachkollektor70 Liter Speichervol. / m²Ap, Flachkollektor50 Liter Speichervol. / m²Ap, Vakuumröhrenkollektor70 Liter Speichervol. / m²Ap, Vakuumröhrenkollektor
Würzburg:Horizontale Globalstrahlung = 1090 kWh / (Jahr* m²)
DeckungsgradSystemertrag
2) Führen Sie eine genauere Auslegung basierend auf den Simulationsergebnissen des folgenden Nomogramms durch. Setzen Sie Vakuumröhren-Kollektoren und 50 l / m2 Speicher-volumen ein. Welcher Deckungsgrad sollte gewählt werden?
%40=solf
2
2
100
5,2
250
mmTag
kWhTagkWh
AAp
=
⋅
=
3
22
5
50100
mmlmVSto
=
⋅=Badtemp.: 45 °C
39
Ergebnisse für Übung 1: Galvanikbad
370
© Fraunhofer ISE
3) Wie schätzen Sie ein System mit einer Bad-Temperatur von 65 °C ein? Was ist der Hauptgrund für den niedrigen solaren Deckungsgrad? Vergleichen Sie das Systemkonzept auf Folie 24!
Grund: Verfügbares Temperaturniveau: 70 °C
%25=solf
2
2
100
5,2
250
mmTag
kWhTagkWh
AAp
=
⋅
=
3
22
7
70100
mmlmVSto
=
⋅=
40
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5Spezifischer Energiebedarf des Bades [kWh / (Tag* m2
Ap)]
Dec
kung
sgra
d [%
]
0
100
200
300
400
500
Syst
emer
trag
[kW
h / J
ahr *
m2 A
p )]
30 Liter Speichervol. / m²Ap
50 Liter Speichervol. / m²Ap
70 Liter Speichervol. / m²Ap
Würzburg:Horizontale Globalstrahlung = 1090 kWh / (Jahr* m²)
DeckungsgradSystemertrag
Bad-Temp.: 65 °C, Vakuumröhren
Ergebnisse für Übung 1: Galvanikbad
© Fraunhofer ISE
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5Spezifischer thermischer Energiebedarf des Bades [kWh / (Tag * m2
Ap)]
Dec
kung
sgra
d [%
]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Syst
emer
trag
[kW
h / (
Jahr
*m2 A
p )]
50 liter storage vol. / m²Ap, flat-plate70 liter storage vol. / m²Ap, flat-plate50 liter storage vol. / m²Ap, evacuated-tube70 liter storage vol. / m²Ap, evacuated-tube
Madrid: Horizontale Globalstrahlung = 1615 kWh / (Jahr* m²)
DeckungsgradSystemertrag
4) Angenommen die Firma befände sich in Madrid. Wie würden Sie hier das System für 45 °C dimensionieren?
Gewählter Kollektortyp: Flachkollektor %56=solf
2
2
83
3
250
mmTag
kWhTagkWh
AAp
=
⋅
=
3
22
8,5
7083
mmlmVSto
=
⋅=Bad-Temp.: 45 °C
41
Ergebnisse für Übung 1: Galvanikbad
© Fraunhofer ISE
Ergebnisse für Übung 2: Solare Vorwärmung von Kessel-Zusatzwasser
Eine Wäscherei in Würzburg (keine Ferien, Wochenenden frei) betreibt ein Dampfnetz mit verschiedenen indirekten Verbrauchern und einer großen Waschstraße, die den Dampf direkt nutzt. Deshalb benötigt das Netz im Durchschnitt 15 t Zusatzwasser pro Tag.
42Systemkonzept für Übung 2
© Fraunhofer ISE
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75 100 125 150 175 200Auslastung [Liter Kesselzusatzwasser / (Tag * m2
Ap)]
Dec
kung
sgra
d [%
]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Syte
mer
trag
[kW
h / J
ahr *
m2 A
p )]
30 Liter Speichervol. / m²Ap50 Liter Speichervol. / m²Ap70 Liter Speichervol. / m²Ap
Würzburg:Horizontale Globalstrahlung = 1090 kWh / (Jahr* m²)
DeckungsgradSystemertrag
1) Ergänzen Sie die charakteristischen Werte für eine durchschnittlich dimensionierte Solaranlage für diesen Prozess %25=solf
2
2
200
75
15000
mmTag
lTag
l
AAp
=
⋅
=
3
22
10
50200
mmlmVSto
=
⋅=
43
Flachkollektoren
Ergebnisse für Übung 2: Solare Vorwärmung von Kessel-Zusatzwasser
© Fraunhofer ISE
2) Wie unterscheiden sich der empfohlene solare Deckungsgrad und die solaren Systemerträge von Kessel-Zusatzwasser (Folie 35, Lastprofil Folie 23) und Reinigungswasser (Folie 16, Lastprofil Folie 12)?
a) Empfohlener Deckungsgrad: 25 % für Kessel-Zusatzwasser und 36 % für Reinigungswasser b) Solare Systemerträge: 570 kWh / m2 Kessel-Zusatzwasser und 515 kWh / m2 Reinigungswasser
44
4) Was sind die beiden Hauptgründe für die unterschiedlichen Erträge?
a) Das Lastprofil des Reinigungswassers zeigt Betriebsferien.
b) Hier können Temperaturen über 60 °C nicht genutzt werden.
3) Was ist der Hauptgrund für den unterschiedlichen Deckungsgrad?
Beim Reinigungswasser ist die Last bis 60 °C definiert, beim Kessel-Zusatzwasser bis 90 °C .
Ergebnisse für Übung 2: Kessel-Zusatzwasser
© Fraunhofer ISE
Agenda
45
Hintergrund und Motivation
Der SO-PRO Planungsleitfaden
Aufbau und Anwendungsbereich
Wichtige Begriffe und Kennwerte
Integraler Planungsansatz
Beispiel: Auslegung einer Solaranlage für einen Waschprozess
Vorauslegung mit Daumenwerten
Nutzen detaillierter Auslegungs-Nomogramme
Vorstellung von drei weiteren Industrieprozessen mit Systemkonzepten
Übung: Teamarbeit und Diskussion der Lösungen
Zusammenfassung
© Fraunhofer ISE
Zusammenfassung
46
Offene Prozesse mit einem niedrigen verfügbaren Temperaturniveau sind oft gut geeignet (Erwärmen von Kaltwasser oder Umgebungsluft)
Die jährlichen solaren Erträge solcher Solaranlagen können bis zu doppelt so hoch sein wie im Wohnungssektor. Achtung: Immer erst Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung prüfen!
Oft ist die Integration solarer Wärme in die Prozessebene effizienter als die Unterstützung eines Heißwasser- oder Dampfnetzes (niedrige Temperaturniveaus zu Einbindung möglich).
Halten Sie sich an den integralen Planungsansatz! Energieeffizienz-Maßnahmen (effizientere Regelung der Prozesse, Nutzen von Abwärme, etc.) sollte immer Vorrang haben bzw. vor dem Bau einer ST-Anlage untersucht werden.
Zuverlässige Kenntnis der Prozessparameter (Lastprofile, Temperaturen, Massenströme, etc.) ist Voraussetzung für die Dimensionierung und Planung eines zuverlässigen und wirtschaftlichen Solaranlage.
Das “optimale” Design wird oft nicht in erster Linie durch technische Parameter, sondern durch die Motivation des Industriebetriebes, dessen Zukunftspläne und die aktuellen Förderbedingungen definiert!
© Fraunhofer ISE
Zusammenfassung
47
Offene Prozesse mit einem niedrigen verfügbaren Temperaturniveau sind oft gut geeignet (Erwärmen von Kaltwasser oder Umgebungsluft)
Die jährlichen solaren Erträge solcher Solaranlagen können bis zu doppelt so hoch sein wie im Wohnungssektor. Achtung: Immer erst Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung prüfen!
Oft ist die Integration solarer Wärme in die Prozessebene effizienter als die Unterstützung eines Heißwasser- oder Dampfnetzes (niedrige Temperaturniveaus zu Einbindung möglich).
Halten Sie sich an den integralen Planungsansatz! Energieeffizienz-Maßnahmen (effizientere Regelung der Prozesse, Nutzen von Abwärme, etc.) sollte immer Vorrang haben bzw. vor dem Bau einer ST-Anlage untersucht werden.
Zuverlässige Kenntnis der Prozessparameter (Lastprofile, Temperaturen, Massenströme, etc.) ist Voraussetzung für die Dimensionierung und Planung eines zuverlässigen und wirtschaftlichen Solaranlage.
Das “optimale” Design wird oft nicht in erster Linie durch technische Parameter, sondern durch die Motivation des Industriebetriebes, dessen Zukunftspläne und die aktuellen Förderbedingungen definiert!
© Fraunhofer ISE
Zusammenfassung
47
Offene Prozesse mit einem niedrigen verfügbaren Temperaturniveau sind oft gut geeignet (Erwärmen von Kaltwasser oder Umgebungsluft)
Die jährlichen solaren Erträge solcher Solaranlagen können bis zu doppelt so hoch sein wie im Wohnungssektor. Achtung: Immer erst Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung prüfen!
Oft ist die Integration solarer Wärme in die Prozessebene effizienter als die Unterstützung eines Heißwasser- oder Dampfnetzes (niedrige Temperaturniveaus zu Einbindung möglich).
Halten Sie sich an den integralen Planungsansatz! Energieeffizienz-Maßnahmen (effizientere Regelung der Prozesse, Nutzen von Abwärme, etc.) sollte immer Vorrang haben bzw. vor dem Bau einer ST-Anlage untersucht werden.
Zuverlässige Kenntnis der Prozessparameter (Lastprofile, Temperaturen, Massenströme, etc.) ist Voraussetzung für die Dimensionierung und Planung eines zuverlässigen und wirtschaftlichen Solaranlage.
Das “optimale” Design wird oft nicht in erster Linie durch technische Parameter, sondern durch die Motivation des Industriebetriebes, dessen Zukunftspläne und die aktuellen Förderbedingungen definiert!
Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
Planung größerer solarthermischer Anlagen
Austria Solar Innovation Center
DI Harald Dehner ASIC – Austria Solar Innovation Center
Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
Einführung / Überblick
2
Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
3
Grundlegende Fragen
? ? ? ? ? ? ?
? ? betrieblicher Prozess
Gebäude
Standort
Kollektortyp
Kollektorfeldgröße
Ausrichtung / Neigung
Rohrleitungsführung
Pufferspeichervolumen
Nachheizung
Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
4
Grundlegende Fragen
? ? ? ? ? ? ?
? ? betrieblicher Prozess
Gebäude
Standort
Kollektortyp
Kollektorfeldgröße
Ausrichtung / Neigung
Rohrleitungsführung
Pufferspeichervolumen
Nachheizung
RohrleitungsführungRohrleitungsführung
??Standort
Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
Gebäude und Prozess
5
I Gebäude/verfügbare Flächen – rechtliche Gegebenheiten
II Charakteristik des industriellen Prozesses
Informationen über den Standort und den Verbraucher (Prozess) erforderlich
• Sammeln der verfügbaren Daten bzgl. der thermischen Verbraucher
• Prozessmedium sowie die Eintritts- und Austrittstemperaturen des bzw. jedes Prozesses müssen bekannt sein
• Identifizieren von Möglichkeiten zur Wärmerückgewinnung
• Wärmerückgewinnung kommt vor der Einbindung einer therm. Solaranlage
• Begutachtung aller örtlichen Rahmenbedingungen
Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
6
Erwärmung von z.B. Wasser offenes System ohne Wärmerückgewinnung
Prozess: Erwärmung von Wasser
Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
7
Standort / Jahresglobalstrahlungssumme
Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
8
Standort / Jahresglobalstrahlungssumme
Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
9
Standort / Einstrahlung / Globalstrahlungssumme
Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
10
Einstrahlung / Globalstrahlungssumme
Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
Angepasste Neigung
Quelle: Austria Solar
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Harald Dehner Trainingsseminar „Solare Prozesswärme“ am 22.09.2011
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kWh
/ Mon
at
[Monat]
vorhandenen Sonnenenergie und Verbrauchsprofil
Prozess: Einstrahlung / Lastprofil
• Wärmebedarf zumindest von Anfang März bis Ende Oktober!
• zumindest an 5 Tagen pro Woche Wärmebedarf!
• Der tägliche Wärmebedarf in den Sommermonaten sollte möglichst höher oder gleich sein, als der tägliche Wärmebedarf in den restlichen Jahreszeiten!
• Entscheidend zur Dimensionierung ist der Wärmebedarf in den Sommermonaten!
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Frage: Kollektortyp?
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Frage: Kollektortyp?
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Solarmarkt Österreich
installierte thermische Kollektorfläche im Jahr 2009
• verglaste Flachkollektoren 95,5% • unverglaste Flachkollektoren („Schwimmbadabsorber“) 2,3% • Vakuum-Röhrenkollektoren 2,1% • Luftkollektoren 0,1%
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Systemertrag = Q Solar / m² [kWh/m²a ]
Frage: Kollektorfeldgröße? Systemertrag
Q Sonne [kWh/a]
Q Solar [kWh/a]
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Q Solar [kWh/a]
Systemnutzungsgrad =
Q Sonne [kWh/a]
[%]
Planung / Begriffsdefinition / Systemnutzungsgrad
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Solare Deckung = Q Solar
(Q Solar + Q Nachheizung) [%]
Frage: Kollektorfeldgröße? / solare Deckung
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