Vortrag_Solarthermie

Solaranlagen für Warmwasser und Heizungsunterstützung Die Energie der Sonne nutzen Beitrag J. Kuhn
1 Solaranlagen für Warmwasser und Heizungsunterstützung • Solare Rahmendaten • Randbedingungen für den Bau • Dimensionierung der Solaranlage Dimensionierung der Solaranlage • Schichtspeicher mit Frischwassersystem Schichtspeicher mit Frischwassersystem • Wesentliche Bauteile der Solaranlage Wesentliche Bauteile der Solaranlage • Kosten, Förderung und Wirtschaftlichkeit Kosten, Förderung und Wirtschaftlichkeit • Online­Systemsimulation der Anlage Systemsimulation der Anlage
• Innovative Neuentwicklungen 2 Verteilung der Globalstrahlung in Deutschland Durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung in kWh/m 2 Eresing: 1100 – 1150 kWh/m 2 ∙ a
Eresing: 1100 3 Jahresgang der Globalstrahlung 4
Jahreszeitlich bedingter Sonnenstand 5
Einstrahlwinkel und Energieertrag 100% 90% 70% Energieerträge in Abhängigkeit vom Einstrahlwinkel bei 45 Kollektorneigung
Energieerträge in Abhängigkeit vom Einstrahlwinkel bei 45°
6 Optimierung der Kollektorneigung zur Heizungsunterstützung Durchschnittliche Einstrahlung pro m² während der Heizperiode bei 30° Koll.­Neigung: 529 kWh (Jan., Feb., Mrz., Okt., Nov. u. Dez.) bei 60° Koll.­Neigung: 585 kWh
7 Abschätzung des Energieertrags N W S 8
Randbedingungen und Vorgaben für den Bau einer Solaranlage 190 m² • Wohnfläche des Musterhauses in Eresing • Energiebedarf nach Dämmung einschl. Wärmebrücken • Energiebedarf für Warmwasser (4 Personen) 16.000 kWh/a 4.000 kWh/a Summe: • Wärmedämmstandard • Dachneigung • Südabweichung des Daches • Geografische Lage von Eresing • Wasser­Gesamthärte • Durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung 20.000 kWh/a kfw 70 50° 0° 47° 40' nördl Breite 11° 1' östl.Länge 21,4 ° dH = Härtebereich 4 1.100­1.150 kWh/m²∙a
9 Dimensionierung der Solaranlage Kollektorfläche: Flachkollektor (Fk) Vakuumröhrenkollektor (Rk) Speichervol. für Heizung und Warmwasser 0,8—1,1m² pro 10 m² Wohnfläche 0,5—0,8m² pro 10 m² Wohnfläche 70 l pro m² Kollektorfläche Für das Musterhaus gewählt § Flachkollektor (1,1 ∙ 190 m²) : 10 = ca. 20 m 2 § V.­Röhrenkollektor (0.8 ∙ 190 m²) : 10 = ca. 15 m² Speichervolumen § Flachkollektor 70 l ∙ 20 = 1400 l § Vakuumröhrenkollektor 70 l ∙ 15 = 1050 l Kollektorneigung 50° (alternativ auch 60° möglich)
10 Hydraulikplan einer Heizanlage 11
Speicherkonzept • Gemeinsamer Speicher für Warmwasser und Heizung Gemeinsamer Speicher für Warmwasser und Heizung (Kombi – bzw. Multifunktionsspeicher) bzw. Multifunktionsspeicher) • Schichtladespeicher mit Frischwassersystem, Schichtladespeicher mit Frischwassersystem, Solarkreis, Verbraucherkreise und Heizkreise • Warmwasserkapazität 2 bis 3 Tage • Geringe Wärmeverluste, Mindestdämmung 10 cm Geringe Wärmeverluste, Mindestdämmung 10 cm • Kostengünstiger Stahlspeicher • Hohe Heizwasserspeicher­Temperatur (90 bis 95 Temperatur (90 bis 95 °C)
12 Frischwassersysteme Entlüftungen VL Trinkwasser RL Trinkwasser Frischwassermo
dul Trennblech VL Heizkreis Solarwärme­ Solarwärme tauscher RL Heizkreis Trennblech Internes Externes
13 Wesentliche Bauteile einer Solarthermieanlage 14
Flachkollektor oder Vakuum­ Röhrenkollektor Flachkollektor Röhrenkollekt. Jahreswärmeertrag (kWh/m²∙a) 250­400 400­600 Preis / Leistungsverhältnis günstig U – Wert ( W / m²*K ) Temperaturbereich Stagnations‐Temperatur bis Anwendung < 1 ca. 4 20 – 90 °C 20 – 90 °C 250 °C bis 350 °C Warmwasserbereitung + Heizung 35 ° bis 80 ° Kollektorneigung bei Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung max. Kollektorgröße ca. 30% > Fk ca. 20 m² ca. 5 m²
15 Flachkollektor 16
Vakuum­Röhrenkollektor 17
Durchflussraten im Solarkreislauf High – Flow § einfache langjährige Systemtechnik 30 – 70 l / m² ∙ h § guter Wirkungsgrad des Kollektors Low – Flow § höherer Solarertrag 8 – 15 l / m² ∙ h § dünnere Rohre § kleinere Pumpenleistung Matched – Flow 8 – 40 l / m² ∙ h § vereint die Vorteile von High – Flow und Low – Flow
18 Aufgaben des Solarreglers § Display für Bedienung und Anzeige § Zweipunkt­Temperaturregelung zwischen Kollektor und Speicher Temperaturregelung zwischen Kollektor und Speicher § Funktionskontrolle und Fehlermeldungen der Solaranlage Funktionskontrolle und Fehlermeldungen der Solaranlage § Pumpenschalter und Drehzahlregelung § Speichertemperaturbegrenzung (max. 90— —95° C) § Betriebsstundenzähler § Wärme­Ertragsmengenzähler (kWh pro Tag und Jahr) Ertragsmengenzähler (kWh pro Tag und Jahr) § Kollektorschutzfunktion § Steuerung der Nachheizung des Speichers Steuerung der Nachheizung des Speichers
§ Steuerung der Zirkulationsleitung § Timer und Kalenderfunktionen § Steuerung eines Zweit­Speichers § Fernanzeige über ein zweites Display 19 Kosten und Zuschüsse der BAFA Großflächen – Flachkollektor 20 m² Solar­Keymark Nr…. Keymark Nr…. 6.000 € Kollektorflüssigkeit mit Frostschutz, Solarrohr Digitaler Systemregler, Anschlussmaterial und Kleinteile 1.400 € Montagekosten 1.600 € Eigenleistung (nicht berechnet) _______ Summe 9.000 € BAFA – Zuschüsse Basisförderung (20 ∙ 105 €) 2.100 € Umwälzpumpenbonus 200 € Solarpumpenbonus 50 € _______ Summe Nachrichtliche Kosten des Kombispeichers mit Frischwassersystem 2.350 € 2.500 €
20 Wirtschaftlichkeit der Solaranlage Eigener Kapitalaufwand 9.000 € Gesamtkosten der Solaranlage ­2.350 € abzüglich BAFA – Zuschuss 6.650 € Restfinanzierung Energieertrag der Solaranlage pro Jahr : rund 5000 kWh, das entspricht ca. 500 l Die Einsparung beträgt somit 500 • 0,60 0,60 € = 300 € / Jahr Nach der Kapitalwertmethode hat sich die Solaranlage ohne Anrechnung der Kombispeichers nach ca. 17 Jahren amortisiert (3% Kalkulationszins und jährliche amortisiert (3% Kalkulationszins und jährliche 6 % Ölpreissteigerung, Ölpreis 2010: 0.60 € / l) Bei Verzicht auf die Verzinsung des eigenen Kapitals verkürzt sich die Zeit auf 13 Jahre. verkürzt sich die Zeit auf 13 Jahre.
21 Förderprogramme der BAFA 22
Solarergebnisse des Flachkollektorsystems Einstrahlung: Systemertrag: 24.352 kWh/a 4.407 kWh/a Deckungsanteil: CO 2 Einsparung: 23% 1.163 kg/a
23 Solarergebnisse des Vakuum­ Solarergebnisse des Vakuum Röhrenkollektorsystems Einstrahlung: Systemertrag: 18.264 kWh/a 4.677 kWh/a Deckungsanteil: CO 2 Einsparung: 24% 1.234 kg/a
24 Begriffe 25
Kombimodul für Solarstrom und Solarwärme Kombimodul 26
Pellet­System mit Kombispeicher System mit Kombispeicher 27
Aqua­System mit Vakuum­ Röhrenkollektoren 28
Quellen und Literatur •Solarenergie im Haus, Franzisverlag. ISBN 3 Solarenergie im Haus, Franzisverlag. ISBN 3­7723­4146­5 •Solaranlagen ( Handbuch ) Ökobuch ISBN 978 Solaranlagen ( Handbuch ) Ökobuch ISBN 978­3­936896­26­8 •Deutscher Wetterdienst, Sonneneinstrahlung Deutscher Wetterdienst, Sonneneinstrahlung •www.valentin.de/onlineberechnung Thermie •www.bafa.de/erneuerbare energien/innovationsförderung •www.getsolar.de •Fachhochschule Ingolstadt, Kompetenzzentrum Solartechnik Fachhochschule Ingolstadt, Kompetenzzentrum Solartechnik •Uni Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik Uni Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik – ITW •Messe München, Intersolar 09.06. – 11.06.2010 11.06.2010
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