Quelle: Stefan Göthert / pixelio.de
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Mit einer Anlage wird Sonnenenergie in eine andere Energieform umgewandelt. Der technische Aufbau, der das ermöglicht, wird Solaranlage genannt.
Von einem Solarkraftwerk wird gesprochen, wenn die Solaranlage Sonnenenergie in elektrische Energie umwandelt und dabei bewegliche Teile einsetzt, wie zum Beispiel Turbinen, Generatoren, Motoren.
Grundsätzlich können verschiedene Typen von Anlagen unterschieden werden. Die Unterscheidungskriterien sind dabei das Arbeitsprinzip und die gewonnene Energieform. Im Mittelpunkt des Artikels steht die thermische Solaranlage.
Die Solaranlage wird in der Haustechnik eingesetzt. Die Wärme wird zur Erhitzung des Trinkwassers, des Spül-, Dusch- und Badewasser und die Erwärmung der Räume genutzt.
Bei einem Einsatz im industriellen Bereich dienen sie der Produktion der Prozesswärme für Biomasse oder der Aufheizung, aber auch Vorwärmung der Luft und haben oft einen Kollektorbereich von mehr als 20 Quadratmeter.
Weitere Einsatzbereiche für thermische Anlagen sind die Klimatisierung und der solarthermischen Stromerzeugung.
Die Anlage besteht üblicherweise aus einem Kollektor, der die Sonnenstrahlung in Wärme verwandelt, einen Solarwärmespeicher, zur Speicherung nicht sofort genutzter Wärme. Ein weiterer Bestandteil ist der Solarkreislauf, der die Wärme vom Kollektor zum Speicher bringt. Das sind Rohre, Armaturen, Antriebssysteme, die den Betrieb der Anlage sichern und Regler, die den Transport ein- und ausschalten.
Die Kollektoren:
Der Kollektor nimmt einen Großteil des Sonnenlicht auf, hat aber nur eine kleine Wärmeeigenabgabe. Die Solarenergie überträgt er auf die Solarflüssigkeit im Solarkreislauf.
Drei hauptsächliche Arten von Sonnenkollektoren gibt es. Der erste ist der Flachkollektor, der mit Luft gefüllt und durch Dämmmaterialien gegen Wärmeverluste geschützt ist. Der Vakuumröhrenkollektor ist der zweite Typ. Er besteht aus einer äußeren Glasröhre und einer inneren Absorberröhre. Der Zwischenraum zwischen den beiden Röhren ist ein Vakuum.
Sie werden vor allem im industriellen Bereich eingesetzt, während der Flachkollektor in der Haustechnik vorkommt.
Der Vakuumflachkollektor soll die Eigenschaften der obengenannten Kollektoren vereinigen. Vor allem soll die bessere Dämmfähigkeit des Vakuumkollektor auf den Flachkollektor übertragen werden. Durch seine Bauart neigt der Vakuumflachkollektor zur Undichtigkeit.
Solarspeicher:
Die Effizienz eines Solarspeichers wird nach den Eigenschaften Speicherkapazität und Wärmeverlust bemessen.
Speichermedium ist das Wasser. Die Solarwärme heizt das Wasser auf.
Üblich sind derzeit 300 Liter Speicher, die oft einen Wärmeverlust von 1,9 KWh/Tag haben. Der Wärmeverlust ist von der Dämmqualität des Markenproduktes abhängig. Die eingesetzte Dämmung, Materialien wie PU- oder PP-Schaum ist bis zu 50 cm stark.
Der Langzeitspeicher hat einen Deckungsgrad von 65 %. Neben Wasser wird auch Kies zur Wärmespeicherung genutzt. Die Wärme kommt über die Luft in den Speicher rein. Arbeitet aber nur bei großem Volumen gut.
Der Latentwärmespeicher nutzt die Phasenumwandlung fest in flüssig, beispielsweise bei Paraffinen zur Speicherung. Bei kleinerem Volumen erreicht er die gleiche Speicherkapazität wie der Langzeitspeicher.
Der Thermospeicher speichert fast verlustlos große Wärmemengen über längere Zeiträume. Er ist ein guter Saisonspeicher.
Der bivalente Speicher wird eingesetzt in Gebieten in denen die Sonne nicht genug Wärme bereitstellt. Neben der Speicherung der Sonnenwärme kann er konventionell, mit Öl etwa eingesetzt werden.
Kombispeicher sind Trinkwasser- und Wärmespeicher.
Solarpufferspeicher haben Heizwasser, der von der Solaranlage erwärmt wird. Schafft das die Anlage nicht, greift ein konventionelles System ein und heizt nach.
Solarflüssigkeit:
Es ist die Flüssigkeit, die die Wärme vom Erzeuger zum Speicher trägt.
Die Flüssigkeit ist eine Wasser-Propylenglycol-Lösung mit einem niedrigen Gefrierpunkt zum Schutz der Anlage vor Frost.
Der Siedepunkt ist dagegen höher als bei reinem Wasser.
Normales Wasser wird seltener genutzt. Hier besteht die Gefahr von Algenbildung in den Rohren.
Rohrleitungen, Armaturen und Antrieb:
Es sind Rohre aus Edel- oder Kupferstahl, haben eine Nennweite von DN 15 und kommen in Einfamilienhäuser zum Einsatz. Die Wärmedämmung der Rohre beläuft sich auf 100 %.
Volumeter dienen der Einstellung der Flüssigkeitsmenge. Zur Solaranlage gehören auch Manometer und Temperaturmessgeräte, wie auch eine Befüll- und Entleerungsvorrichtung.
Schmutzfänger sollten einen Siebeinsatz haben, der nur kurzfristig zum Einsatz kommt, um unnötige Strömungswiderstände zu verhindern.
Umwälzpumpen sind oft Heizpumpen.
Solarregler bestehen aus Regel- und Steuerkreisen und verarbeiten die Daten aus Temperaturmessungen und Temperaturdifferenzen.
Einzelne Teile der Anlage werden in diesem Video erklärt:
Vorteile:
Nachteile:
Von einem Solarkraftwerk wird gesprochen, wenn die Solaranlage Sonnenenergie in elektrische Energie umwandelt und dabei bewegliche Teile einsetzt, wie zum Beispiel Turbinen, Generatoren, Motoren.
Grundsätzlich können verschiedene Typen von Anlagen unterschieden werden. Die Unterscheidungskriterien sind dabei das Arbeitsprinzip und die gewonnene Energieform. Im Mittelpunkt des Artikels steht die thermische Solaranlage.
- Die thermische Solaranlage liefert Wärmeenergie im Bereich der kleineren Temperaturen und kommt vor allem in der Haushaltsnutzung vor. Beispiel: Sonnenkollektoren.
- Thermische Solarkraftwerke erzeugen Wärme, das allerdings im industriellen Maßstab und schaffen höhere Temperaturen als die thermische Solaranlage. Die Wärme wird in elektrischen Strom umgewandelt.
- Photovoltaikanlagen: Sie erschaffen elektrische Energie, Gleichstrom. Sie wird über einen Gleichrichter ins Stromnetz abgegeben.
- Thermikkraftwerke und andere Energiegewinnungsanlagen nutzen durch Absorption Solarenergie und wandeln sie in andere Energien wie Wärme um. So ist auch bei Wind, Biomasse oder anderen regenerativen Energien die Sonne, die antreibende Kraft.
- Photochemische Solaranlagen arbeiten mit photochemischen Reaktionen und sind in der Industrie verbreitet.
Einsatzgebiet der Solaranlage
Die Solaranlage wird in der Haustechnik eingesetzt. Die Wärme wird zur Erhitzung des Trinkwassers, des Spül-, Dusch- und Badewasser und die Erwärmung der Räume genutzt.
Bei einem Einsatz im industriellen Bereich dienen sie der Produktion der Prozesswärme für Biomasse oder der Aufheizung, aber auch Vorwärmung der Luft und haben oft einen Kollektorbereich von mehr als 20 Quadratmeter.
Weitere Einsatzbereiche für thermische Anlagen sind die Klimatisierung und der solarthermischen Stromerzeugung.
Aufbau und Funktion
Die Anlage besteht üblicherweise aus einem Kollektor, der die Sonnenstrahlung in Wärme verwandelt, einen Solarwärmespeicher, zur Speicherung nicht sofort genutzter Wärme. Ein weiterer Bestandteil ist der Solarkreislauf, der die Wärme vom Kollektor zum Speicher bringt. Das sind Rohre, Armaturen, Antriebssysteme, die den Betrieb der Anlage sichern und Regler, die den Transport ein- und ausschalten.
Die Kollektoren:
Der Kollektor nimmt einen Großteil des Sonnenlicht auf, hat aber nur eine kleine Wärmeeigenabgabe. Die Solarenergie überträgt er auf die Solarflüssigkeit im Solarkreislauf.
Drei hauptsächliche Arten von Sonnenkollektoren gibt es. Der erste ist der Flachkollektor, der mit Luft gefüllt und durch Dämmmaterialien gegen Wärmeverluste geschützt ist. Der Vakuumröhrenkollektor ist der zweite Typ. Er besteht aus einer äußeren Glasröhre und einer inneren Absorberröhre. Der Zwischenraum zwischen den beiden Röhren ist ein Vakuum.
Sie werden vor allem im industriellen Bereich eingesetzt, während der Flachkollektor in der Haustechnik vorkommt.
Der Vakuumflachkollektor soll die Eigenschaften der obengenannten Kollektoren vereinigen. Vor allem soll die bessere Dämmfähigkeit des Vakuumkollektor auf den Flachkollektor übertragen werden. Durch seine Bauart neigt der Vakuumflachkollektor zur Undichtigkeit.
Solarspeicher:
Die Effizienz eines Solarspeichers wird nach den Eigenschaften Speicherkapazität und Wärmeverlust bemessen.
Speichermedium ist das Wasser. Die Solarwärme heizt das Wasser auf.
Üblich sind derzeit 300 Liter Speicher, die oft einen Wärmeverlust von 1,9 KWh/Tag haben. Der Wärmeverlust ist von der Dämmqualität des Markenproduktes abhängig. Die eingesetzte Dämmung, Materialien wie PU- oder PP-Schaum ist bis zu 50 cm stark.
Der Langzeitspeicher hat einen Deckungsgrad von 65 %. Neben Wasser wird auch Kies zur Wärmespeicherung genutzt. Die Wärme kommt über die Luft in den Speicher rein. Arbeitet aber nur bei großem Volumen gut.
Der Latentwärmespeicher nutzt die Phasenumwandlung fest in flüssig, beispielsweise bei Paraffinen zur Speicherung. Bei kleinerem Volumen erreicht er die gleiche Speicherkapazität wie der Langzeitspeicher.
Der Thermospeicher speichert fast verlustlos große Wärmemengen über längere Zeiträume. Er ist ein guter Saisonspeicher.
Der bivalente Speicher wird eingesetzt in Gebieten in denen die Sonne nicht genug Wärme bereitstellt. Neben der Speicherung der Sonnenwärme kann er konventionell, mit Öl etwa eingesetzt werden.
Kombispeicher sind Trinkwasser- und Wärmespeicher.
Solarpufferspeicher haben Heizwasser, der von der Solaranlage erwärmt wird. Schafft das die Anlage nicht, greift ein konventionelles System ein und heizt nach.
Solarflüssigkeit:
Es ist die Flüssigkeit, die die Wärme vom Erzeuger zum Speicher trägt.
Die Flüssigkeit ist eine Wasser-Propylenglycol-Lösung mit einem niedrigen Gefrierpunkt zum Schutz der Anlage vor Frost.
Der Siedepunkt ist dagegen höher als bei reinem Wasser.
Normales Wasser wird seltener genutzt. Hier besteht die Gefahr von Algenbildung in den Rohren.
Rohrleitungen, Armaturen und Antrieb:
Es sind Rohre aus Edel- oder Kupferstahl, haben eine Nennweite von DN 15 und kommen in Einfamilienhäuser zum Einsatz. Die Wärmedämmung der Rohre beläuft sich auf 100 %.
Volumeter dienen der Einstellung der Flüssigkeitsmenge. Zur Solaranlage gehören auch Manometer und Temperaturmessgeräte, wie auch eine Befüll- und Entleerungsvorrichtung.
Schmutzfänger sollten einen Siebeinsatz haben, der nur kurzfristig zum Einsatz kommt, um unnötige Strömungswiderstände zu verhindern.
Umwälzpumpen sind oft Heizpumpen.
Solarregler bestehen aus Regel- und Steuerkreisen und verarbeiten die Daten aus Temperaturmessungen und Temperaturdifferenzen.
Einzelne Teile der Anlage werden in diesem Video erklärt:
Vor- und Nachteile von Solaranlagen
Vorteile:
- Sonnenenergie in sehr großem Umfang verfügbar.
- Die Erzeugung von Wärme und Energie ist umweltfreundlich.
- Die garantierte Lebensdauer der Anlagen beträgt mehr als 20 Jahre
- Anschluss und Aufbau ist schnell und unkompliziert.
- Die gewonnene Energie ist nicht fossilen Ursprungs.
Nachteile:
- Die Sonne gibt nicht ununterbrochen und in gleicher Intensität Sonnenstrahlen ab. Eine konstante Energieversorgung ist so nicht möglich.
- Die Mehrkosten werden auf alle Verbraucher umgelegt, auch wenn diese nichts mit Solarenergie zu tun haben. Das bestimmt das Erneuerbare Energie-Gesetz
- Frank