Solarthermie

Sektor Solarthermie

Solares Wärme-Contracting für Mehrfamilienhäuser und Industrie

Das solare Wärme-Contracting, kann Markthürden für solarthermische Großanlagen überwinden.

Das solare Wärme-Contracting, kann Markthürden für solarthermische Großanlagen überwinden.

Dipl.-Ing. Roland Heinzen, Dr.-Ing. Katrin Zaß
Seit einiger Zeit öffnet sich die Solarthermie für neue Anwendungsfelder, die über die reine Trinkwarmwasserbereitung und Heizungsunterstützung im Eigenheim hinausgehen.
Das technische Potential für Solarthermie in diesen Anwendungsbereichen ist enorm und beträgt in Deutschland ca. 170 GWth [1][2] und damit ungefähr das 15-fache aller bisherigen Solarthermie-Installationen.
Die Anlagengrößen übersteigen in diesen Anwendungen häufig 100 m² Kollektorfläche und bedeuten für die Investoren eine hohe Kapitalbindung über viele Jahre. Eine Lösung bietet das Solare Wärme-Contracting, das die genannten Markthürden für solarthermische Großanlagen überwinden kann.

Anwendungen mit hohem Potenzial finden sich in der Industrie und im Wohnungsbau:

  • Bei der Herstellung von Lebensmitteln und Getränken wird zum Kochen, Trocknen, Waschen etc. Wärme benötigt.
  • In vielen Industriezweigen wird Wärme für die Vorerwärmung, Trocknung und Reinigung benötigt.
  • In Krankenhäusern besteht das ganze Jahr über ein hoher Bedarf an Trinkwarmwasser.
  • In Gaststätten, Kantinen und Mensen mit eigener Küche ist ein hoher Bedarf an Trinkwarmwasser vorhanden.
  • In Mehrfamilienhäusern wird viel Wärme für die Beheizung des Gebäudes und die Trinkwarmwasserbereitung benötigt.

Gleichzeitig können diese Anlagen durch ihre Größe und den damit verbundenen spezifischen geringen Investitionskosten Wärme zu relativ niedrigen Gestehungskosten bereitstellen. Trotz dieser positiven wirtschaftlichen Randbedingungen sind die hohen Investitionskosten bei gleichzeitig technischen Risikoängsten häufig ein Hindernis für die Umsetzung großer solarthermischer Anlagen.

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Kompakte solarthermische Übertragungsstationen

Optimierte Nutzung solarer Erträge in mittleren und größeren Leistungsbereichen

Optimierte Nutzung solarer Erträge in mittleren und größeren Leistungsbereichen

Dipl.-Ing. (FH) Torben Schmanteck
Aufgrund des Frostschutzes werden nahezu alle thermischen Solarsysteme mit einem Glykol-Wassergemisch, ein Heizungssystem dagegen meist mit Wasser betrieben. Zur Übertragung der solarthermischen Erträge in den Heizungs- oder Trinkwasserkreis wird daher ein Wärmeübertrager eingesetzt. Dieser trennt die Systeme und überträgt die thermische Energie zwischen zwei Flüssigkeiten, ohne diese zu vermischen.
Bei Kleinanlagen wird die Aufgabe meist von einem in den Speicher integrierten Glattrohrwärmeübertrager übernommen. Wenn die Kollektorfelder größer werden, reicht die Übertragungsleistung dieser Wärmeübertrager jedoch nicht mehr aus. Bei größeren Anlagen, wie z.B. in Mehrfamilienhäusern, übernehmen daher solare Übertragungsstationen die Aufgabe, die in den Solarkollektoren gesammelte Wärmeenergie in den Heizwasserkreis zu übertragen.

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Ertragsoptimierung und Anlagenüberwachung in der Solarthermie

Solarthermie: Input-Output-Verfahren in VDI-Richtlinie 2169

Claudia Felgenhauer
Viele Eigenheime verfügen bereits über solarthermische Anlagen zur Brauchwassererhitzung und/oder Heizungsunterstützung. Im Neubaubereich ist die Implementierung vielerorts bereits zum Standard geworden. Doch mit der stetigen Effizienzsteigerung der Anlagentechnik hat die Solarthermie auch Einzug in den Industrie- und Großanlagenbereich gehalten.
Großobjekte wie Krankenhäuser setzen heute ebenso auf die Nutzung der Sonnenwärme wie Industrieunternehmen, die hieraus Prozesswärme gewinnen. Mit der steigenden Verbreitung der Solarthermie über den Bereich der Eigenheime hinaus steigt der Bedarf an Überwachungs- und Kontrollmöglichkeiten. Investitionen, vor allem aber die Anlagenrenditen, sollen berechenbar sein.
Bisher galt dies in der Solarthermie als schwer zu realisieren, da kaum zwei Anlagen bis in den letzten Ertragsfaktor hinein identisch sind. In der bald erscheinenden VDI-Richtlinie 2169 werden wissenschaftlich entwickelte Verfahren zur Ertragskontrolle festgelegt. Verglichen mit dem Bereich der Photovoltaik ist die „Gleichung“ aus Einsatz und Ertrag wesentlich komplexer, der individuelle Bedarf der Nutzer spielt eine große Rolle und bildet eine sehr unstete Variable.

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Vercracktes Glykol – ein unterschätztes Phänomen in der Solarthermie

Klassische Wärmeträger in der Solarthermie und Ihre Grenzen

Immer effizientere Systeme, wachsende Kollektorflächen, der Wunsch nach höheren Flüssigkeitstemperaturen und neue Technologien (z.B. solares Kühlen) bewirken eine immer höher werdende Belastung für die Materialien und die eingesetzten Wärmeträger.

Dr. Achim Stankowiak
Wärmeträger in solarthermischen Anlagen sind auf Grund der zunehmenden Effizienz von Solarkollektoren immer stärkeren Temperaturbelastungen ausgesetzt. In Vakuumröhrenkollektoren wurden im Stagnationsfall schon Temperaturen von über 270 °C gemessen. Dabei ist zu beachten, dass selbst bei gemessenen Flüssigkeitstemperaturen im Bereich von 200 °C an der direkten Kontaktfläche Wärmeträger/ Metalloberfläche die beschriebenen extremen Temperaturen auftreten können. Hier kommt es vermehrt zu den so genannten „Vercrackungen“ des eingesetzten Glykols. Unter Vercracken versteht man die thermische Zersetzung von organischen Stoffen, die zu nieder- und höhermolekularen Verbindungen, aber auch zu Kohlenstoff selbst führen kann. Einerseits kann dies ein völliges Verstopfen des Kollektors mit der Notwendigkeit kostspieliger Reinigung oder im schlimmsten Fall den Austausch desselben zur Folge haben. Andererseits kann es den Korrosionsschutz des Wärmeträgers irreversibel schädigen.

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Solares Bauen & Erneuerbare Energien erobern die Baubranche

Die Zukunft erfordert die Senkung des Energiebedarfs von Gebäuden

So wie das Energiesystem insgesamt vor einer massiven technischen Transformation steht, wird sich auch der Gebäudesektor fundamental verändern. Dabei steht neben einer drastischen Reduktion des Energieverbrauchs, insbesondere im Gebäudebestand, von Beginn an die Erzielung eines möglichst hohen Anteils vor Ort nutzbarer erneuerbarer Energien zur Deckung des verbleibenden Energiebedarfs im Fokus. Nur so kann der Bedarf an zeitlich begrenzt zur Verfügung stehenden Energieträgern zum Betrieb von Gebäuden ausreichend reduziert werden. Für Deutschland führt dies neben den positiven Effekten für die Umwelt zu einer signifikanten Reduktion der Abhängigkeit von internationalen Energiemärkten und bietet erhebliche Chancen zur Erschließung von Exportmärkten für die neu entwickelten Techniken und Konzepte.

Prof. Dr. rer. nat. Eicke R. Weber, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE
Gebäude tragen wesentlich zum Energieverbrauch in Deutschland bei. Ihr Unterhalt verschlingt mehr als 40 % der Endenergie – der Großteil entfällt dabei auf die Wärmeversorgung. Um das Ziel einer nachhaltigen Energieversorgung und die angekündigten klimapolitischen Ziele zu erreichen, ist eine zunehmende Deckung des Energiebedarfs auf Basis erneuerbarer Energien notwendig. Fossile Energieträger werden knapp und der Klimawandel kann kaum noch aufgehalten werden. Die Baubranche steht vor neuen Herausforderungen. Energieeffizientes Design und entsprechende Bauausführungen können den Energiebedarf von Gebäuden beträchtlich senken. Es bleibt aber stets ein Restbedarf, der nachhaltig aus erneuerbaren Quellen bereitgestellt werden kann. Einsparungen von 70 bis 80 Prozent sind durch solares und energieeffizientes Bauen möglich.

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