Termisk solsystem

I solvarmesystemer eller solvarmesystemer finner en konvertering sted av solstråling i varme . Dette gjøres deretter brukbart i prosessteknologi eller bygningsteknologi eller brukes i termiske solkraftverk for å generere elektrisitet .

Den direkte konverteringen av sollys til elektrisitet (elektrisk energi) - f.eks. B. ved hjelp av solceller - derimot, blir referert til som solcelleanlegg , de tilsvarende systemene som solcelleanlegg .

Bruksområder

Termiske solsystemer brukes hovedsakelig i bygningstjenester . Dampen blir for det meste brukt til å varme drikkevann (oppvask vann , dusj og badekar vann) og for den ekstra oppvarming av oppholdsrom.

I industrisektoren drives systemer med stort sett mer enn 20 m² kollektoroverflate for produksjon av prosessvarme i temperaturområdet opp til 100 ° C eller litt over, for eksempel for å akselerere biologiske og kjemiske prosesser i prosessen med biomasse eller i kjemisk industri eller å varme opp / forvarme luft.

Termiske solsystemer inkluderer også systemer for solkondisjonering . På grunn av de høye temperaturene er de sammenlignbare med prosesssystemene.

På den annen side brukes den i industriell skala i termiske solkraftverk som i Andasol . De fleste av disse systemene bruker konsentrerende samlere for å fokusere solstrålene på et absorberingspunkt eller en absorberelinje der temperaturer fra 390 ° C til over 1000 ° C kan nås. Denne varmen blir deretter enten brukt som industriell prosessvarme eller konvertert til elektrisitet ved hjelp av generatorer (solvarmeproduksjon). Siden konsentrasjonssystemer er avhengige av direkte sollys, brukes de bare i solrike og tørre områder (i Europa, for eksempel i Sør-Spania).

I det følgende konsentrerer denne artikkelen seg om bruk av termisk solenergi til oppvarming av drikkevann og oppvarmingsstøtte, da dette (fremdeles) er det vanligste og mest utbredte bruksområdet i Sentral-Europa.

Komponenter

Det termiske solsystemet består av en kollektor, som omdanner solstrålingen til varme, en solvarmelager som lagrer varmen som ikke brukes umiddelbart, og den tilkoblende solkretsen som varmen transporteres gjennom fra solfangeren til butikken. Denne består av rør, beslag og drivenheter som sikrer riktig drift av systemet, samt en kontroller som slår varmetransporten på og av (bortsett fra tyngdekraftsystemer ).

Samlere og absorbere

Solfangeren er den delen av solsystemet som tar opp så mye energi fra sollys som mulig . Samleren selv varmes opp og er beskyttet av varmeisolasjon eller et vakuum fra å straks avgis som termisk stråling . Den absorberte varmen skal overføres til solvæsken i solkretsen med så lite tap som mulig .

Uttrykket absorber refererer til både linjene som finnes i samlerne, som brukes til å transportere varmeoverføringsfluidet, så vel som uavhengige komponenter som absorberer solenergien direkte uten å bli omsluttet av glass eller et hus, slik det er tilfellet med en samler. De forskjellige typene absorbere er beskrevet i artiklene solfanger og solabsorber  .

De viktigste designene er

• Flatplatesamlere som er beskyttet mot varmetap med konvensjonelle isolasjonsmaterialer ( varmeisolasjon ). De var banebrytende for effektiv bruk av solenergi. De har lang levetid; noen produsenter bør gi en funksjonell garanti på 20 år.
• Evakuerte rørsamlere , som er konstruert på samme måte som en termokolbe : Det indre absorberingsrøret som inneholder transportmediet, er lukket av et andre, ytre glassrør. For å redusere energitapet til den oppvarmede væsken, trekkes luften ut av rommet ( vakuum ). På grunn av lavere energitap, arbeider vakuumopsamlere mer lønnsomt enn andre typer konstruksjon til tross for høyere pris, spesielt med høye temperaturforskjeller på over 40 ° C mellom uteluften og absorberen. De brukes derfor når solsystemet skal støtte varmesystemet, og derfor er energivinsten om vinteren spesielt viktig, så vel som i industrisektoren, der prosessvarme med temperaturer over 80 ° C er nødvendig. de evakuerte rørsamlerne er bedre. Flatplatesamleren har en fordel når temperaturforskjellen er lav. Som et resultat av bedre isolasjon, tiner evakuerte rørsamlere litt saktere. Dette kan være ufordelaktig i regioner med mye snø.

Flatplatesamlere brukes overveiende i Europa. Vakuumsamlere har et høyere utbytte per kvadratmeter absorberende overflate. Imidlertid reduseres forskjellen hvis utbyttet er relatert til det totale arealet av samleren, siden de faktiske absorberingsrørene i rørsamlerne, på grunn av utformingen, har en mindre andel av det totale tilgjengelige arealet. Når det brukes utelukkende til oppvarming av husholdningsvann i private eneboliger, gir en vakuumrørsamler bare marginale fordeler.

Ytelsesdataene til samlerne, som er vist i Keymark- sertifikatene, brukes til å forutsi varmeutbyttet .

Såkalte vakuumflattesamlere er en blandet form . Med disse er hele luftrommet til den boksformede flatplatesamleren vakuumforseglet. På grunn av utformingen har de en tendens til å lekke, slik at luft som trenger inn i dem må suges ut regelmessig ved hjelp av en vakuumpumpe .

I registerformede absorberrør eller hvis flere solabsorberere eller -kollektoren i et felles hydraulisk system parallelt skal brukes (for eksempel med en vanlig sirkulasjonspumpe ), må de røres sammen Tichelmann for å få en rimelig jevn flyt gjennom alle paneler er sikret.

Sollagring

For å kunne bruke fanget varme uavhengig av dagens solstråling, må den lagres. Lagringskapasitet og varmetap er viktige kvalitetsparametere.

Termisk lagringskapasitet

Lagringskapasiteten er proporsjonal med lagringsvolumet, varmekapasiteten til lagringsmediet og den brukbare temperaturdifferansen.

Den viktigste lagringsmediet er vann . Sammenlignet med andre stoffer har vann en høy spesifikk varmekapasitet på 4,187 kJ / (kg · K). En oppvarmet 500 liters varmtvannstank inneholder for eksempel en brukbar mengde energi ved en temperaturforskjell på rundt 45 K

${\ displaystyle {{\ frac {500 \, \ mathrm {dm ^ {3}} \ cdot 1 {\ frac {\ mathrm {kg}} {\ mathrm {dm ^ {3}}}} \ cdot 4 {, } 187 \, \ mathrm {{\ frac {kJ} {kg \ cdot K}} \ cdot 45} \, \ mathrm {K}} {3600 \, {\ frac {\ mathrm {kJ}} {\ mathrm { kWh}}}}} = 26 {,} 2 \, \ mathrm {kWh}}}$

mellom inntaket fra kaldtvannsrørnettet og lagertanken. I virkeligheten er mengden energi mindre fordi det alltid er en temperaturstratifisering i en lagertank.

Hvis en vanntank skal brukes til oppvarming, anbefales det å bruke høyest mulig lagertank temperatur samt oppvarming ved lav temperatur og bruk av en varmeblander for å oppnå størst mulig temperaturforskjell.

En fullstendig oppvarmet 800-liters lagertank med en lagringstemperatur på 80 ° C og en temperatur på 30 ° C for gulvvarme kan da f.eks.

${\ displaystyle {{\ frac {800 \, \ mathrm {dm ^ {3}} \ cdot 1 {\ frac {\ mathrm {kg}} {\ mathrm {dm ^ {3}}}} \ cdot 4 {, } 187 \, \ mathrm {{\ frac {kJ} {kg \ cdot K}} \ cdot (80-30)} \, \ mathrm {^ {\ circ} C} \ cdot 1 {\ frac {\ mathrm { K}} {\ mathrm {^ {\ circ} C}}}} {3600 \, {\ frac {\ mathrm {kJ}} {\ mathrm {kWh}}}}}} = 46 {,} 5 \, \ mathrm {kWh}}}$

vent.

Varmetap

En 300-liters oppbevaringstank som er vanlig i dag har (avhengig av merke og produsent) z. B. et varmetap på ca. 1,9 kWh / dag, en 600 liters lagertank med samme isolasjonsstandard ca. 2,4 kWh / dag. Hvis lagringsvolumet dobles, øker varmetapet bare med ca. 30%. En grunn til dette er at overflaten til en lagringstank øker uforholdsmessig med volumet.

konstruksjon

Sollagringssystemer skiller seg fra konvensjonelle lagringssystemer for drikkevann primært i:

• forsterket isolasjon; 10 cm og mer (opptil ca. 50 cm) er vanlige, delvis laget av materialer som PU eller PP skum med svært lav varmeledningsevne (λ <0,04 W / (m K)), delvis to-lags, men ofte bare 5 cm mineralull for konvensjonelle varmtvannstanker i sentralvarmesystemer.
• en høy og slank design av vanntanken, som gjør det mulig å utvikle forskjellige temperaturlag (varmt vann over, kaldt vann nedenfor)
• en dyp varmeveksler med stort område for overføring av varme fra solkretsen.

Langvarig lagring

For langvarig lagring i et sesongbasert varmelagringssystem, f.eks. Fra sommer til vinter, brukes grus i tillegg til vann . Varmen føres inn og ut ved hjelp av luft. Imidlertid er vann og faste stoffer bare egnet for slik langvarig lagring hvis store volumer eller masser er tilgjengelige.

Et alternativ er latent varmelagring ; disse bruker fast / væske faseovergangen, f.eks. B. parafiner , for lagring av varme og krever et mye mindre volum for samme mengde varme. Med dem plasseres vanligvis et stort antall beholdere fylt med parafin i en vanntank.

Termokjemiske varmeakkumulatorer bruker varmekonvertering av reversible kjemiske reaksjoner: Når varme tilføres, endrer det anvendte varmeoverføringsmediet sin kjemiske sammensetning; Når konverteringen starter fra utsiden, frigjøres det meste av tilført varme igjen. I motsetning til bufferlager og latente varmelagringssystemer muliggjør termokjemiske varmelagringssystemer nesten tapsfri lagring av større mengder varme over lengre perioder. Derfor er de egnet for. B. som sesonglagring for solvarmeanvendelser i regioner med høye sesongmessige temperaturforskjeller.

Bivalent minne

Ofte er solcellebeholdere konstruert toverdige , det vil si i tillegg til varmeveksleren til solkretsen, de har en anordning for oppvarming ved hjelp av en annen energikilde, f.eks. B. en andre varmeveksler i det øvre lagringsområdet for tilkobling til en konvensjonell ( fyringsolje eller naturgass ), varmepumpe eller biomassekjel ( pellet eller vedkubbe ). Denne oppvarmingen er alltid nødvendig når solen ikke gir nok energi til å dekke varmtvannsbehovet (for eksempel etter flere kalde dager med tykt skydekke). Alternativt kan en elektrisk varmestang også brukes; Vannoppvarming med elektrisitet er imidlertid svært ineffektiv når det gjelder energi og ikke veldig miljøvennlig.

Kombinasjonslagring

I tillegg til rene lagringstanker for drikkevann , er det også såkalte kombinasjonslagertanker eller tank-i-tank-systemer som også tjener til å støtte oppvarmingssystemet. Vannet fra sentralvarmesystemet strømmer gjennom disse beholderne , som varmes opp av solenergi i det nedre området og om nødvendig varmes opp i det øvre området fra kjelen. Inne i denne oppvarmingsvannstanken er det en annen, mye mindre beholder eller et tykt kveilet rør som drikkevannet strømmer gjennom og - i likhet med en strømvarmer - varmes opp av oppvarmingsvannet. Slike lagringstanker har et betydelig høyere totalvolum enn lagringstanker for rent drikkevann (minst dobbelt så mye). mengden oppvarmet drikkevann som holdes tilgjengelig, er imidlertid mye lavere (rundt 80 til 200 liter). Slike systemer er derfor også egnet for offentlige bygninger eller pensjonater som har stor etterspørsel etter varmt vann, men som ikke vil bruke varmtvannstanker med mer enn 400 liter som krever spesielle beskyttelsestiltak mot Legionella .

Solbufferlagring

Solbuffertanker inneholder oppvarmingsvann - ikke drikkevann. Et typisk eksempel på dette er de lagdelte lagringstankene . En solcellebuffertank har i. d. Vanligvis via en varmeveksler i det nedre området av lagertanken. Solsystemet varmer opp varmevannet. Hvis solsystemet ikke oppnår tilstrekkelig høye lagringstemperaturer i bufferen, kan en annen konvensjonell varmekilde (f.eks. Vedvannsbereder, innskrukket elektrisk varmeapparat, olje eller gassvarmer) varme opp buffervannet direkte uten å måtte bruke en varmeveksler. Drikkevann kan varmes opp fra buffertanken ved hjelp av en ferskvannsstasjon . Det brukes en platevarmeveksler, dimensjonert etter varmtvannsbehovet, i forbindelse med en regulert pumpe for buffervannet. En legionella-angrep av drikkevannet er praktisk talt ekskludert med drikkevannsoppvarmingen ved bufferlagring i forbindelse med en ferskvannsstasjon på grunn av det lille rørvolumet.

Solvæske

I væskefylte systemer, varmeoverføringsfluid Den generelle regelen er at solvæsken kan fordampe under grenseforhold i varme perioder, noe som igjen fører til stagnasjon av samleren.

Propylenglykol-vannoppløsning

Den solenergi væsken er vanligvis en vann- propylenglykol- løsning, som har et lavere frysepunkt enn vann, slik at systemet er beskyttet mot frostskader. Kokepunktet for solvæsken er mye høyere enn for rent vann. Spesielt i trykksystemer oppstår høye temperaturer (opp til over 200 grader Celsius ) og trykk i solkretsen under grenseforhold i varme perioder eller når det er utilstrekkelig varmeforbruk . Rørsystemet og tetningene må være utformet for dette. Hvis solvæsken skifter til dampfasen når temperaturen er for høy, fører dette til et system stillstand og stagnasjonstemperaturen er nådd; Trykket blir så innledningsvis absorberes av membranen ekspansjonskar (MAG) og når en grense overskrides (vanligvis 6  bar ), blir solar væske dreneres gjennom sikkerhetsventilen inn i en oppsamlingsbeholder. Tilstanden og endringen av solvæsken kontrolleres under vedlikehold, ettersom løsningen eldes på grunn av hyppige enhetsendringer. Blandingene som brukes i dag er giftfrie og kjemisk relativt stabile.

Jo høyere glykolkonsentrasjonen er, desto lavere temperaturer kan solkretsen tåle uten skade. Imidlertid bør en konsentrasjon på over 50% unngås ettersom blandingens spesifikke varmekapasitet reduseres. Pumpen er heller ikke lenger pålitelig avkjølt. Blandingens viskositet og dermed det nødvendige pumpearbeidet og strømforbruket øker. Samlet sett reduserer dette effektiviteten til systemet. I ekstreme tilfeller kan pumpen ha problemer med å starte. Hvis systemet er utsatt for meget lave temperaturer, en vann-is- blanding former hvis det er en tilstrekkelig andel av glycol , men dette betyr ikke ødelegger rørene. Varmeledninger er ikke beskyttet av solvæsken. Frostmotstanden til varmerørene er omtrent -30 ° C, avhengig av produsent.

Rent vann

Det er systemer som fungerer direkte med vann (nærmere bestemt rent vann ) som solvæske. Graden av renhet trenger ikke være særlig høy. Normalt drikkevann eller filtrert regnvann er tilstrekkelig. Når det gjelder rørsamlere med direkte strømning gjennom lukkede solkretser, der en gjenværende mengde lys treffer vannet, brukes det noen ganger kjemiske tilsetningsstoffer som hemmer dannelsen av alger i vannet. Når det gjelder rentvannssystemer, er det ikke absolutt nødvendig å ha en varmeveksler mellom solkretsen og lagertanken. Dette gjør det også lettere å integrere et solsystem i eksisterende varmesystemer. Om vinteren må det sikres at samlerne ikke fryser. For å gjøre dette overvåkes utetemperaturen, og om nødvendig tilføres varmere vann gjennom samleren. Energien som kreves for dette (pumpe, varmt vann) kan motregnes med ulike besparelser, for eksempel B. jo bedre effektivitet ved ikke å bruke et frostvæskeadditiv. Den høyere varmekapasiteten og lavere viskositeten til rent vann resulterer derfor i mindre pumpearbeid. Avløpssystemer fungerer også på lignende måte , hvor solkretsen automatisk bare fylles med vann når samlerne er tilstrekkelig varme og lagertanken er i stand til å motta den. Så snart den automatiske kontrollen slår av pumpen, renner vannet inn i et integrert oppsamlingsfartøy. Under grenseforhold, i varme perioder, oppstår lavere temperaturer i solkretsen, siden rent vann har et lavere kokepunkt enn en propylenglykol- vannoppløsning. Spesielt i trykkløse systemer er det også mulig å bruke ledninger, pumper og andre komponenter laget av polypropylen .

Rørledninger og varmeisolasjon

I nærheten av eneboliger brukes vanligvis kobberrør, eksternt galvanisert karbonstål eller rustfritt stålrør av nominell størrelse DN 15 til DN 25 eller korrugerte rustfrie stålrør, og egnede komposittrør som både er temperaturbestandige og kjemisk motstandsdyktige kan bli brukt. Sink må ikke brukes hvor som helst i rørsystemet hvis det brukes en glykolblanding.

På grunn av den korte av stagnasjon tilstand resulterende høye temperaturer bør Lötfittinge i oppkjøringen til butikken, så vel som i de berørte områdene i et stagnasjons bare tilbakeløpskondensator loddede være. Når det gjelder pressforbindelser, skal bare de laget av FKM ( Viton ) brukes i disse områdene i stedet for de vanlige O-ringene laget av EPDM .

Som regel er styrken til varmeisolering av solkretser basert på 100% varmeisolasjon i henhold til energispareforordningen . Mange rørisolasjonsmaterialer som ofte brukes til oppvarmingsinstallasjoner, kan ikke brukes fordi materialet må kunne tåle oppsamlingens stagnasjonstemperatur midlertidig og permanent driftstemperaturer på minst 110 ° C. På utearealet er metallbelagte mineralullskall og skummet EPDM mulig for å unngå skader fra UV-stråling, vær og fuglens innvirkning. Spesiell airgelbasert isolasjon (Spaceloft) er også tilgjengelig, med 10 mm isolasjon tilsvarende 40 mm EPDM-isolasjon.

Solkrets, tilkoblinger og tilbehør

Sirkulasjonspumpe

Varmepumper, som plasseres i kaldreturlinjen for å beskytte mot høye temperaturer, brukes vanligvis som sirkulasjonspumper. Siden volumstrømmen til solkretsen er mye mindre enn en varmekrets, er varmepumpene for små solsystemer ofte store. Solpumper er ofte elektronisk regulert av solkontrollsystemet, er også designet for små volumstrømmer og er derfor energisparende. Nesten alle små varmepumper som ikke har egen elektronikk kan brukes til dette, men også spesielle pumper med elektronikk som tillater PWM- styring med en ekstra styrespenning fra solelektronikken . For at defekte pumper kan skiftes ut uten å tømme solkretsen, bør de installeres mellom to portventiler. En tilbakeslagsventil i returen forhindrer mulig gravitasjonssirkulasjon , en i strømmen unngår tilbakestrømning og dermed kjøling av lagertanken.

Styring og kontroll av solkretsen

Volumetre brukes til å måle strømningshastigheten, termometre og manometre for å kontrollere temperatur og trykk.

Fylling og behandling av solvæsken

Temperaturbestandige ventilatorer eller luftseparatorer samt beslag for spyling, fylling og tømming av solsystemet er påkrevd.

En smussfelle er ikke nødvendig. Siden et filter øker strømningsmotstanden, bør det bare integreres midlertidig i kretsen etter installasjon eller modifisering av systemet - for eksempel via en byttbar bypass. Spesielle smuss- og slamseparatorer med lav strømningsmotstand er egnet for langvarig bruk.

Lagringstilkobling

For å redusere varmetap i tilkoblingsrørene gjennom intern sirkulasjon, bør rørene ordnes i form av en termosifon konveksjonsbrems - med mindre lagertankforbindelsene allerede er utformet i denne formen. Litt forskjellige retningslinjer gjelder for avløpssystemer.

Trykkvedlikehold

Utskriftssystemer

Sikkerhetsinnretningene i trykksystemer inkluderer membranekspansjonsbeholdere (MAG) og sikkerhetsventiler . Størrelsen på MAG er resultatet av ekspansjonsvannvolumet pluss den komplette væskedampen i kretsen. Utledningen av SV er ment å sikre at varmt sprutvann ikke utgjør noen risiko. En låsbar ventilasjon med oppsamlingsseksjon på det høyeste punktet i systemet sørger for at luften som har samlet seg, kan luftes ut. Dette sikrer at varmen kontinuerlig kan absorberes og transporteres av væske, og at syklusen ikke blir avbrutt.

Trykkløse systemer

Trykkløse systemer har en åpen ekspansjonstank uten membran på det høyeste punktet i linjesystemet. Det er ingen trykkavlastningsventil og ingen ekstra ventilatorer. Hvis vannet fordamper, må det fylles på nytt, noe som vanligvis gjøres automatisk. Selv om oksygeninngangen via det åpne trykkløse systemet er lav, må alle deler i solkretsen være laget av korrosjonsbestandige materialer.

Solkontroller, solstasjon

En solkontroller består av forskjellige regulerings- og kontrollkretser . Den behandler innstilte temperaturverdier, målte temperaturverdier og målte temperaturforskjeller. Pumper og / eller ventiler byttes avhengig av sett og måleverdier. Temperaturene registreres i enkle systemer med to sensorer (for det meste platinasensorer av typen "PT 1000" = elektrisk motstand 1000 Ohm ved 0 grader Celsius) ved kollektoren (strømning) og i lagertanken; Hvis kollektortemperaturen er rundt 3–5  Kelvin over lagertankens temperatur, slår pumpen seg på. Hvis verdien faller under en grense, slår den seg av. Når temperaturen registreres i retur fra varmelagertanken, kan den oppnådde varmeenergien også registreres for overvåking . En annen sensor er tidvis nødvendig for å bestemme den maksimale lagertankens temperatur. Mer komplekse kontroller kan også håndtere flere samlefelt med forskjellige retninger eller bestråling og flere lagertanker. En driftstimeteller for lønnsomhetsberegninger er også vanligvis integrert. Noen kontrollere genererer trend- og sannsynlighetsverdier fra de målte verdiene.

For en- og tofamiliehus tilbys minimumsutstyret i en kompakt enhet, som avhengig av merke kalles en solkontroller , kompakt stasjon eller solstasjon . Den er litt større enn en skoeske og omgitt av varmeisolasjon, der de fire tilkoblingene (strømmer og returnerer til samleren eller lagringstanken), vanligvis to termometre, pumpen, en trykkmåler , sikkerhetsventilen med avblåsningslinje, tilkoblingen for membranekspansjonstanken og regulatoren med strømforsyningen er lokalisert. Disse kompakte enhetene, hovedsakelig med en integrert luftseparator, sparer plass og er enkle å installere.

Igangkjøring og vedlikehold

Når systemet er ferdigstilt, settes det i drift , som det må utsettes for en lekkasjetest og en spyleprosess. Når det gjelder trykksystemer, utføres en trykktest med 1,5 ganger det maksimale driftstrykket, som resulterer fra den statiske systemhøyden på 0,1 bar per meter og 0,5 bar som avstanden til sikkerhetsventilens responstrykk. Skylling av systemet fjerner smussrester og sørger for problemfri flyt. Siden det skylles med vann, bør dette gjøres på den frostfrie tiden. Avhengig av systemutformingen kunne ikke gjenværende vann fryse. Samlersystemet er fylt - avhengig av absorberprodusent og systemtype - med ferdige blandinger eller rent vann som kan tilsettes algenbeskyttelsen. Blandinger og tilsetningsstoffer eller behandlet vann kan pumpes inn i systemet via en påfyllingsslange og en påfyllingspumpe. Deretter må driftstrykket påføres MAG og systemets strømningsinnstilling. Fullstendig luftutslipp er viktig for å opprettholde kretsen og unngå driftsstøy. Oksygenet i luften får frostvæske til å oksidere raskere. Å la pumpen gå på tomgang i lang tid bør unngås, da dette kan skade pumpen. Vedlikehold av trykket må utføres årlig og systemtrykket må gjenopprettes. Solvæskekonsentrasjonen må kontrolleres annethvert år. Målingen utføres med en spindel hydrometer og en pH-verdi måling, som må være over 7 (svakt basisk ). Hvis blandingen er surere, kan det hende at hele solvæsken må byttes ut. Tilsmussingen på samlerdekselet spiller vanligvis ikke en vesentlig rolle og fører til et maksimalt tap av ytelse på 2 til 10%. Spesiell rengjøring av samlerne er ikke nødvendig.

Konstruksjonstyper og systemteknologi

Konstruksjonstyper av solsystemer kan differensieres etter forskjellige kriterier.

Innen bygningstjenester er den tiltenkte bruken

• Systemer for oppvarming av drikkevann og
• Systemer for å støtte romoppvarming

differensiere (se også nedenfor).

Det skilles mellom typene samlere som brukes

• Systemer med flatplatesamlere
• Systemer med evakuerte rørsamlere
• Systemer med luftfylte samlere

Det er også mulig å skille mellom lagringsteknologi ; det er mange forskjellige utviklingstrekk her. Disse fokuserer for det meste på å optimalisere temperaturstratifiseringen i lagertanken eller på implementering av ekstraksjonsstrategier som unngår å forstyrre stratifiseringen. Målet er å opprettholde en jevnlig høy temperatur i det øvre lagringsområdet, hvor varmen utvinnes, og en lavere temperatur i det nedre lagringsområdet sammenlignet med solfangertemperaturen, hvor varmen tilføres fra samlerne, slik at kontinuerlig drift av systemet er mulig.

Det kan skilles mellom systemteknologien som sådan

• Tyngdekraftsystemer ( termosifonsystemer )
• Systemer med høy strømning
• Lavstrømsanlegg

Tyngdekraftsystemer fungerer helt uten pumpestasjon. Syklusen deres drives utelukkende av oppvarmingen i samlerne: Vannet som er oppvarmet i samleren er spesielt lettere, stiger og samler seg i lagertanken, som vanligvis ligger over samleren. Når den avkjøles, synker den ned i lagertanken og strømmer tilbake til samleren gjennom returrøret.

Forskjellen mellom "high flow" og "lav flyt" henviser til gjennomstrømningsvolumet i forhold til det samler-overflateareal per tidsenhet. Høy gjennomstrømning betyr at omtrent 30 til 50 liter per time og kvadratmeter kollektoroverflate blir konvertert, med lav gjennomstrømning er det 10 til 20. Lav strømning kan dermed både være en veldig langsom sirkulasjon i solkretsen og en rask gjennomgang med en samlet veldig lavt volum i den angitte solsirkelen.

De fleste av de mindre systemene som brukes i dag er høytflytende systemer som kan brukes med vanlige varmepumper ( sirkulasjonspumper ). De er i stand til å avgi store mengder varme fra kollektoren ved et lavt til middels temperaturnivå.

Den teknologiske fordelen med lavstrømssystemer er basert på at de skaper høyere temperaturforskjeller mellom kollektoren og lagertanken, og at de også forblir i drift. Som et resultat synker solfangereffektiviteten noe, men samtidig kan de produsere varme på et høyere temperaturnivå når det er mindre solstråling, og siden det ikke lenger er behov for etteroppvarming med gjennomsnittlig solstråling, kan de oppnå noe høyere årlig gjennomsnittsdekning. Sammenlignet med høystrømsanlegg med samme område, kan billigere rør, mindre varmevekslere og svakere pumper brukes. På grunn av disse fordelene drives store systemer vanligvis med lav strømning . Systemer med meget smale rørtverrsnitt kan bare brukes som lavstrømsanlegg, ellers øker strømningsmotstanden for mye. Smale rørtverrsnitt ønskes inne i absorberen, slik at samleren blir raskt varm, og hvis den blir overopphetet, forskyves den minste mengden vann av dampen.

Matchede strømningssystemer, der pumpeeffekten reguleres over et bredt spekter, er for øyeblikket unntaket. I likhet med et høytflytende system må de utstyres med kostbart teknisk utstyr, slik at deres fordel over dette bare er liten.

Utenfor Sentral-Europa er termosifonsystemer ofte i bruk, først og fremst i varmere områder. Termosifonsystemer med rørsamlere kan imidlertid drives ned til -30 ° C uten frostbeskyttelse og leverer ofte fortsatt varmt vann selv ved svært lave temperaturer med diffus og indirekte solstråling. Frostbeskyttelse skal primært gis for rørsystemet. Termosifonsystemer har ofte en åpen krets : i de enkleste systemene strømmer drikkevann direkte gjennom samlerne, som deretter tappes som varmt vann fra lagringstanken. Den noe mer komplekse varianten bruker en trykkløs lagringstank med en integrert glattrørs varmeveksler som tåler normalt ledningstrykk.

Avløpssystemer , som sørger for fullstendig tømming av samlerne i tilfelle ekstreme temperaturer eller systemstopp, er et unntak . Disse kan brukes med rent vann. Imidlertid drives de også for det meste som lukkede kretser som overfører varmen til husholdningsvannet via varmevekslere.

Overoppheting av systemet

Hvis kollektoroverflaten er utformet stor nok til å generere den nødvendige mengden varmt vann om vinteren, og om nødvendig for å bidra til oppvarming av bygningen, kan væsken som sirkulerer i systemet varmes opp til over kokepunktet på grunn av det sterkere solstråling om sommeren. Systemets stillstand på grunn av fordampende solvæske er kjent som stagnasjon .

Stagnasjonen til systemet må tas i betraktning i utformingen:

• Væskevolumet i oppsamleren holdes så lite som mulig for å begrense mengden dannet damp.
• Materialene i systemdelene som dampen strømmer gjennom ved overoppheting velges slik at de tåler den høye temperaturen.
• Den membran ekspansjonskaret er utformet for å være stor nok til fullstendig å absorbere den mengde vann som fortrenges av dampen.
• Trykkavlastningsventilens utløpsledning er utformet slik at det kokende vannet som slipper ut ved høyt trykk i tilfelle skader ikke utgjør noen risiko.
• Hvis det er en fare for overoppheting, blir pumpen til solkretsen slått av, hvoretter væskemengden i samlerne strømmer tilbake til en lagringstank. Se avløpssystem

Siden en høy termisk belastning virker på systemdelene i tilfelle stagnasjon og solenergi midlertidig ikke lenger kan oppnås, er det utviklet forskjellige konsepter for å forhindre at solvæsken koker:

• Systemet vil bli skyggelagt for å begrense solstråling.
• Det er et kjølesystem som kan kobles til solkretsen hvis det er fare for overoppheting. For eksempel:
  • Et lagringssystem som er stort nok til å absorbere all termisk energi. Såkalt sesonglagring har nok kapasitet til å lagre all overflødig varmeenergi frem til vinteren.
  • Et kjøleregister som blir avkjølt av uteluften som strømmer gjennom det.
  • Et svømmebasseng.
  • En kjølekrets installert i bakken eller i kjelleren som overfører varmen til undergrunnen. Avhengig av grunnvann og jordforhold, lagres overskuddsvarmenergi ideelt til vinteren, og er da tilgjengelig for å varme opp bygningen.
• Systemet er konstruert for å være trykkbestandig for å heve kokepunktet for solvæsken over den høyeste temperaturen som oppstår i solfangeren.

Typiske systemstørrelser

De fleste av systemene som er i bruk i dag er systemer for oppvarming av drikkevann i enfamiliehus eller tofamiliehus. Målet når du designer solsystemet er å oppnå full dekning om sommeren slik at det normale varmesystemet kan forbli helt slått av. På grunn av de sterke sesongforskjellene, må et system som kan dekke mer enn 90% av etterspørselen om vinteren være utformet så stort at det vil oppstå enorme varmeoverskudd om sommeren som ikke kan brukes. Siden systemet slås av så snart en forhåndsinnstilt måltemperatur er nådd i sollagertanken, vil slike systemer ofte stå stille om sommeren. Hvis imidlertid ikke mer varme blir spredt, varmes samlerne opp slik at solvæsken de inneholder blir til damp. Hvis lagertanken i denne situasjonen avkjøles på grunn av høyt forbruk, kan dette føre til den paradoksale situasjonen at konvensjonell oppvarming må utføres om sommeren fordi systemet først kan settes i drift igjen igjen etter at samlerne har avkjølt seg kl. natt.

En typisk systemstørrelse i Tyskland og Østerrike er designet for en firemannshusholdning, har en 300 liters soltank og et samleområde mellom 4 og 5 m². Det neste større systemet med en 400 liters soltank og et samleområde mellom 6 og 8 m² kan gi opptil seks personer et normalt vannforbruk med en årlig soldekning på rundt 70%.

I Nederland er de fleste systemer designet for å være rundt en tredjedel mindre; Det finnes også systemer med 150 eller 200 liters soltanker, som da vanligvis bare oppnår et dekningsgrad på mindre enn 60% på årsgjennomsnitt.

I Østerrike er det også systemer med større drikkevannsreservoarer. Dette er ganske uvanlig i Tyskland. Sistnevnte er også knyttet til det faktum at fra en lagringstankstørrelse på mer enn 400 liter foreskriver den såkalte " Legionella Ordinance" fra den tyske foreningen for gass og vann spesielle tiltak for regelmessig sterilisering av drikkevannssystemet. Selv om denne retningslinjen ikke gjelder eneboliger, avstår folk ofte fra å installere større lagertanker på grunn av helsemessige bekymringer.

Systemer som skal gi romoppvarmingsstøtte i tillegg til oppvarming av drikkevann (dusj og badevann) krever buffertanker som er utformet med en kapasitet på minst 700 liter i området for eneboliger; Dette er imidlertid ikke drikkevann, men oppvarmingsvann som bare sirkulerer i lukket kretsløp i varmesystemet. Tilsvarende samlerareal kan stilles mellom 9 og 12 m². Kombinasjonstanksystemer med en samlet bufferkapasitet på ca. 1000 liter (inkludert opptil ca. 200 liter drikkevann i en indre tank) og et samlerareal på 12 til 15 m² oppnår gode ytelsesverdier. I tillegg til soldekning av det årlige oppvarmingsbehovet for drikkevann på ca. 60–70%, kan slike anlegg i lavenergihus gi opptil en fjerdedel av det årlige oppvarmingsenergibehovet.

Forskjellene mellom plasseringene (årlig stråling), orienteringen eller hellingen til kollektoroverflaten (reduserer eller øker utbyttet), husholdningsvannvannet og bygningens varmebehov og til slutt kvaliteten på solsystemene (effektiviteten til samlere, isolasjonskvalitet på sollagring, intelligens fra solkontrolleren), men påvirker tydelig den nødvendige størrelsen. Overstørrelse gir knapt ekstra årlige avkastninger. Unntak er bratte og skyggefrie samlere som er orientert nøyaktig mot sør. På denne måten kan mer vintersol fanges opp og overoppheting om sommeren kan unngås. Overoppheting om sommeren og risikoen for nedetid på systemet på grunn av stagnasjon kan reduseres ved å bruke overflødig varme til andre formål, for eksempel tørking av kjelleren eller oppvarming av et svømmebasseng .

økonomi

Av energiforbruket til en privat husholdning utgjør ca 61% det totale oppvarmingsenergibehovet (8% drikkevannsoppvarming, 53% oppvarmingsenergibehovet), ca. 31% for kjøretøy og 8% for strøm.

Systemer for oppvarming av drikkevann

Dagens solvarmesystemer brukes primært til oppvarming av drikkevann, i dette tilfellet kan de dekke et årlig gjennomsnitt på 55% til 60% av oppvarmingsenergien for oppvarming av drikkevann, noe som tilsvarer ca. 8% av dette totale oppvarmingsenergibehovet eller omtrent 5% av det totale energibehovet. Brukstiden til et slikt system er gitt til 20 til 25 år.

Energiforbruket til en modellfamilie for oppvarming av drikkevann (dusj og badevann) er ca. 420 liter fyringsolje (eller 420 kubikkmeter naturgass). Et solvarmesystem kan spare rundt 55% til 60% av dette, noe som tilsvarer en årlig besparelse på ca. 250 liter fyringsolje og til en fyringsoljepris på ca. € 0,6 / l (per august 2017) til en årlig besparelse på ca. 150 € fører.

Videre kan et solsystem spare strøm hvis varmtvannet også brukes til vaskemaskiner og oppvaskmaskiner.

Anskaffelseskostnadene for et termisk solvarmesystem for en firemanns husholdning er, avhengig av teknologien og den nødvendige innsatsen, mellom 4800 € (flat plate collector) og 8800 € ( vacuum vacuum collector ) inkludert transport og montering. Hvis monteringen ikke utføres av spesialister, men av kjøperen, er anskaffelseskostnadene for selve systemet mellom € 2880 og € 6850.

De driftskostnadene er vesentlig strømkostnadene for solar pumpen og vedlikeholdskostnader, som varierer i høy grad avhengig av installatøren. Demontering og mulige avhendingskostnader som følge av en modernisering av anlegget kan også legges til. Avhengig av eiendommen kan solsystemet ofte krediteres besparelser på grunn av eliminering av feiing av skorsteinsfeieren om sommeren, utvidelse av serviceintervaller på kjelen på grunn av fravær av kortvarige belastninger om sommeren samt utvidelse av kjelens og skorsteinens levetid.

Systemer for varmestøtte (solsystemer med returstrømningsøkning)

Spesielt på våren er det et høyt nivå av solstråling (i midten av april er det omtrent like høyt som i slutten av august) og lave utetemperaturer forekommer sammen. Derfor brukes solvarmesystemer i økende grad, som i tillegg til oppvarming av drikkevannet også gir termisk støtte for oppvarming av romvarmevannet i overgangsperioder (vår og høst). Disse såkalte "kombinerte systemene" er betydelig større og derfor dyrere enn bare systemer for oppvarming av drikkevann.

Kostnadene og inntektene svinger betydelig mer enn med rent drikkevannsanlegg, ettersom temperaturnivåene i varmesystemene (fremløpstemperatur 35 ° C for gulvvarme, 75 ° C for eldre systemer), oppvarmet areal og spesifikt varmebehov fra 0 til 300 kWh / (a ​​· m²) hver kan variere etter hus. I tilfelle en gammel bygning som ikke er renovert, anbefales tidligere varmeisolering, noe som gjør den vindtett og eventuelt fornyer vinduer og dører.

Systemer er for tiden vanlige i Europa som sparer rundt 15% til 45% av den årlige varmeenergien til et enebolig. Typiske lagertankstørrelser som skal brukes til lagringstanker for termisk oppvarming, er rundt 1000 l per 100 m² oppvarmet boareal.

forfremmelse

Tyskland

Siden det ofte ikke er mulig å oppnå lønnsomhet med konstante olje- og gasspriser, finansierte BAFA byggingen av solsystemer i Tyskland . Som en del av budsjettgodkjenningen ble finansiering fra CDU / CSU / FDP-koalisjonen opprinnelig avviklet. Siden 12. juli 2010 har solvarmesystemer for varmestøtte blitt subsidiert med reduserte finansieringsrater. Solsystemer for varmt vann er kun subsidiert i forbindelse med en totalrenovering av oppvarmingen. Finansieringen av systemer i nye bygninger er fullstendig kansellert, siden dette ble regulert i Tyskland i varmeloven om fornybar energi . Gjeldende finansieringsramme for et solvarmesystem av BAFA er publisert på nettstedet bafa.de. Forbundsstatene og i noen tilfeller også byene og kommunene eller de lokale energileverandørene tilbyr ytterligere finansieringsmuligheter. Den Kredit für Wiederaufbau fremmer solvarmesystemer med et solfangerareal som er større enn 40 m gjennom et lån med et rest gjeld utladning på 30%. Ikke alle former for finansiering kan kombineres fritt.

Østerrike

I Østerrike er ansvaret for å fremme bygging av solsystemer for eneboliger føderalstatene. Som et resultat varierer ikke-refunderbare finansieringsnivåer for solsystemer for generering av varmt vann fra € 0 (Nedre Østerrike) til € 1700 (Øvre Østerrike, Burgenland), finansieringen til varmestøttende systemer fra € 0 (Nedre Østerrike) til € 3 325 (Vorarlberg). Videre fremmer noen kommuner også bygging av solsystemer.

Solsystem og monumentbeskyttelse

Solsystemer og monumentvern er i et anspent forhold, siden solsystemer på taket vanligvis forstyrrer substansen i bygningen og / eller dens visuelle effekt. Siden ressursbevaring og bærekraft er en del av det lovlige mandatet for monumentvern og bevaring, har det vært arbeidet med monumentvern i mange år (fra 2010) for å finne fornuftige løsninger. For å oppføre solsystemer på en vernet bygning er det ofte nødvendig å håndtere intensivt prosjekt- og løsningsforslag for integrering av solmoduler. I tvilstilfelle kan det være nødvendig med en rettslig avklaring. I løpet av de siste årene (fra og med 2012) er rettsvitenskapens tendens - avhengig av de spesifikke aspektene - ikke lenger uforbeholden vennlig for monumentvern.

Historiske forløpere

Ideen om å "fange" solstrålene for å bruke varmen på en målrettet måte er gammel. I århundrer har oppfinnere vært opptatt av å fange solenergi, spesielt med bruk av brennende briller .

Den sveitsiske naturforskeren Horace Bénédict de Saussure bygde en "enkel solfanger" på 1700-tallet, som besto av en trekasse med svart bunn og var dekket av glass. Solpanelet absorberte solvarmen, og Saussure sa at den nådde temperaturer nær 90 ° C i esken.

I 1936 rapporterte magasinet Die Woche om en stekeovn utviklet i California som arbeidet med solstrålene fokusert gjennom en linse. Redaksjonen ga ikke solenergi noen store fremtidsutsikter, men innrømmer at under optimal solstråling "skulle et linsestrålingsareal på en kvadratmeter gi en effekt på 1 1/2 hk [og] solmaskiner er mer lønnsomme. enn fyrte dampmaskiner ".

litteratur

• Nikolaj V. Chartčenko: Termiske solsystemer. VWF, Berlin 2004, ISBN 3-89700-372-4 .
• Thomas Delzer og andre: Solvarme til husholdningsbruk. En guide for valg og kjøp av ditt eget solsystem. 2. utgave. Solarpraxis Engineering Team, red. Solarpraxis AG, 2009, ISBN 978-3-934595-90-3 .
• Bo Hanus: Termiske solsystemer - planlegg og installer. Franzis, Poing 2009, ISBN 978-3-7723-4088-8 .
• Bernd-Rainer Kasper, Bernhard Weyres-Borchert: Guide til solvarmesystemer . Det tyske samfunnet for solenergi V. 2008, ISBN 978-3-00-025562-5 .
• K. Oberzig: Solvarme - oppvarming med solen. En guide til de forskjellige systemene, økonomisk effektivitet og finansiering. 2. utgave. Publisert av Stiftung Warentest , 2014, ISBN 978-3-86851-407-0 .
• Felix A. Peuser, Karl-Heinz Remmers, Martin Schnauss: Langvarig erfaring med solvarme. Solarpraxis, Berlin 2001, ISBN 3-934595-07-3 .
• T. Schabbach , P. Leibbrandt: Solarthermie: Hvordan solen blir varme. Springer-Vieweg, Berlin / Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-53906-0 .
• Norbert Schreier blant andre: Optimal bruk av solvarme . Wagner & Co Verlag, 1980-2005, ISBN 3-923129-36-X .

weblenker

• www.dgs.de - Nettsted for det tyske samfunnet for solenergi
• www.solarwaerme.at - nettsiden til den østerrikske solforeningen
• www.eurosolar.org - nettsiden til Eurosolar - European Association for Renewable Energies e. V.
• www.solarenergie.com - Solenergiportal til Energiewende forlag
• Markedsinsentivprogram for å fremme bruk av fornybar energi av BAFA
• Termiske solsystemer - grunnleggende informasjon fra BINE Information Service

Individuelle bevis

1. ↑ Noen sammenligninger med diagrammer - engelsk tekst
2. ↑ http://www.gerenda-solar.de/content/24-04-2013-kollektor-simulation.html - Utbyttesammenligningsrør vs. flatplatesamler med et varmestøttende termisk solsystem
3. ↑ http://www.flachkollektor-solar.de/2010/ertragsvergleich-flachkolleorien-roehrenkolleorien/ - Utbyttesammenligningsrør vs. flatplatesamler med drikkevanns solsystem
4. ↑ Sertifikater online ( Memento fra 17. mars 2014 i Internet Archive )
5. ↑ Varmt vann fra solen tank . I: Hovednettverk . 5. juli 2013. Hentet 10. mai 2014.
6. ↑ Viega krever bruk av FKM kun for systemer med vakuumoppsamlere , se Sanpress bruksanvisning ( Memento 23. februar 2018 i Internet Archive )
7. ↑ Jörn Scheuren: http://www.uni-kassel.de/upress/online/frei/978-3-89958-430-1.volltext.frei.pdf , avhandling ved University of Kassel, 2008
8. Ift ^{a b c d} Stiftung Warentest: En teknikk for oppvarming . I: test. Nr. 4, 2002.
9. ↑ Tomke Lisa Menger: Artikkel: Gammelt stoff møter ny energi - Påvirker solsystemer monumenter? I: www.energieagentur.nrw. EnergieAgentur.NRW, 1. oktober 2018, åpnet 4. juli 2020 . 
10. ↑ Ulrike Roggenbuck, Ruth Klawun, Roswitha Kaiser: Regneark 37: solenergi og monument beskyttelse. Informasjon fra Association of State Monument Preservators, utarbeidet våren 2010 av arbeidsgruppen for byggteknologi. I: www.dnk.de. Association of State Monument Preservators i Forbundsrepublikken Tyskland, 2010, åpnet 4. juli 2020 . 
11. ↑ Annette Stoppelkamp: Monumentbeskyttelse kan være i harmoni med fornybar energi. Ikke la deg avskrekke fra å bruke taket eller fasaden med solenergi! I: www.sfv.de. Solarenergie-Förderverein Deutschland eV (SFV) , 24. juni 2020, åpnet 4. juli 2020 . 
12. ^ Stefan Pützenbacher: Fornybar energi mot monumentbeskyttelse. Strider monumentvernloven mot miljøvern? I: publicus.boorberg.de. Publics (Richard Boorberg Verlag), 15. februar 2012, åpnet 4. juli 2020 (tysk). 
13. ↑ Uken . Utgave 21 20. mai 1936, s. 23.