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Solarthermie


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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Kalk bremst die Energieeffizienz der Solarthermie aus

Steinbildung mindert Wärmeübertragung und verändert Strömungsverhältnisse

Bei Verkalkung der Wärmetauscher durch hartes, kalkhaltiges Wasser fällt die Ernte der Sonnenenergie deutlich bescheidener aus. Zudem stört die ,Wärmetauscher-Wanddämmung relevante Parameter des Systems (Rücklauftemperatur, Fließgeschwindigkeit) und bremst die Energieeffizienz der Anlage aus.

Dipl.-Ing. Willibald Schodorf
Auf jede dritte in Deutschland verkaufte Heizung kommt inzwischen eine Solarwärmeanlage. Was oft unbeachtet bleibt: Bei Verkalkung der Wärmetauscher durch hartes, kalkhaltiges Wasser fällt die Ernte der Sonnenenergie deutlich bescheidener aus. Zudem stört die “Wärmetauscher-Wanddämmung” relevante Parameter des Systems (Rücklauftemperatur, Fließgeschwindigkeit) und bremst die Energieeffizienz der Anlage aus. Speziell für den Einsatz in der Solarthermie entwickelte Weichwasseranlagen, die zwei verschiedene Wasserhärte- Qualitäten zur Verfügung stellen, lösen alle mit der Steinbildung verbundenen Probleme.

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Die Zukunft gehört dem Eigenverbrauch von Solarstrom

Änderungen im EEG führen zur Stärkung der Eigennutzung von Solarstrom

Änderungen im EEG führen zur Stärkung der Eigennutzung von Solarstrom. Wie kann ich also von der Eigenverbrauchsregelung profitieren? Zunächst muss der erzeugte Solarstrom in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Solarstromanlage verbraucht werden.

Tilmann Fabig
Ab dem 1. Juli 2010 wird der Eigenverbrauch von selbstproduziertem Solarstrom stärker gefördert. Mit dem Erneuerbare- Energien-Gesetz (EEG) werden damit nicht nur die eingespeisten Kilowattstunden Solarstrom vergütet, sondern auch der Strom, der direkt im Haus verbraucht wird. Das führt zum einen zu einer Entlastung des Stromnetzes, andererseits wird erwartet, dass hierdurch weitere technische Innovationen ausgelöst werden. Soweit der Strom in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Anlage selbst verbraucht wird, besteht Anspruch auf Vergütung von mindestens 16,48 Cent pro Kilowattstunde. Demgegenüber sind es bei Volleinspeisung 32,88 Cent. Berücksichtigt man jedoch, dass der Preis für eine Kilowattstunde konventionellen Stroms bereits heute 20 Cent beträgt und zukünftig weiter kräftig steigen dürfte, so wird schnell klar: Eigenverbrauch lohnt sich.

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