Transcript
... durch innovatives Energiemanagement
Neue Chancen in der Solarthermie ...
Vortragender: Dirk Drews
... durch innovatives Energiemanagement
Neue Chancen in der Solarthermie ...
Vortragender: Dirk Drews
++ Klimawandel ++ handeln ++ Energie sparen ++
... durch innovatives Energiemanagement
Neue Chancen in der Solarthermie ...
Vortragender: Dirk Drews
++ Klimawandel ++ handeln ++ Energie sparen ++
„Richtig investieren - Klima schützen“
Innovationen
Thermacon AG i.G.
... mehrere Patente beantragt
Solarluftwärmepumpe
Ergänzungswärmepumpe
Innovatives Energiemanagement
Alternativen zu Gas / ÖL ?
EnergieSparen - Wie?
Alternativen zu Gas / ÖL ?
Umweltenergie: Sonne ⇒ Solarkollektoren
Umweltenergie: Luft/Wasser/Erde ⇒ Wärmepumpen
EnergieSparen - Wie?
Alternativen zu Gas / ÖL ?
Umweltenergie: Sonne ⇒ Solarkollektoren
Umweltenergie: Luft/Wasser/Erde ⇒ Wärmepumpen
++ Alles teuer ++
Rechnet sich der technische Aufwand ?
EnergieSparen - Wie?
Sparen mit SolarEnergie = Solarkollektoren?
1qm Kollektorfläche bringen im Jahr 400-800kWh/m2 !
Einflussfaktoren zur Gewinnung von Solarerträgen
EnergieSparen - Solarthermie?
Sparen mit SolarEnergie = Solarkollektoren?
1qm Kollektorfläche bringen im Jahr 400-800kWh/m2 !
Einflussfaktoren zur Gewinnung von Solarerträgen
Sonne?
EnergieSparen - Solarthermie?
Sparen mit SolarEnergie = Solarkollektoren?
1qm Kollektorfläche bringen im Jahr 400-800kWh/m2 !
Einflussfaktoren zur Gewinnung von Solarerträgen
Sonne?
Nutzerverhalten - Elektrostab?
EnergieSparen - Solarthermie?
Sparen mit SolarEnergie = Solarkollektoren?
1qm Kollektorfläche bringen im Jahr 400-800kWh/m2 !
Einflussfaktoren zur Gewinnung von Solarerträgen
Sonne?
Nutzerverhalten - Elektrostab?
Speicher?
EnergieSparen - Solarthermie?
Sparen mit SolarEnergie = Solarkollektoren?
1qm Kollektorfläche bringen im Jahr 400-800kWh/m2 !
Einflussfaktoren zur Gewinnung von Solarerträgen
Sonne?
Nutzerverhalten - Elektrostab?
Speicher?
Kollektortyp?
EnergieSparen - Solarthermie?
EnergieSparen mit Flach oder Röhren?
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➡ Bei niedrigeren Kollektortemperaturen ist der Kollektortyp nicht entscheidend, die Solarerträge jedoch höher !
Solar-Kollektor Wirkungsgradkennlinie !
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Wirkungsgradkennlinien von Flach und Röhrenkollektor
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Temperaturdifferenz (T_kollektor-T_außen) in K
➁
➀
thermische Verluste
optische Verluste
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Solar-Kollektor Wirkungsgradkennlinie !
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Temperaturdifferenz (T_kollektor-T_außen) in K
➁
➀
thermische Verluste
optische Verluste
Solarertrag
➡ Vermeidung thermischer Verluste ➡ Höhere Effizienz bei niedrigen Kollektortemperaturen
Betreffend Solar-Energieerträge und Kollektortemperatur bestehen in der Praxis sehr viele Unklarheiten und Missverständnisse.
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Temperaturdifferenz (T_kollektor-T_außen) in K
!
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thermische Verluste
optische Verluste
Solarertrag
Wirkungsgradkennline
eines Solarkollektors
" hohe Kollektortempe-raturen bringen hohe thermische Verluste mit sich
! niedrige Kollektortempe- raturdifferenzen verursachen die geringsten thermischen Verluste, aber WIE? kann man diese effizient nutzen!
Je tiefer die Kollektortem- peratur, desto höher die Solarerträge
Sehr viele Leute glauben, dass hohe Kollektortemperaturen (heisses "Was-ser" vom Kollektor) hohe Nutzerträge eines Kollektors bedeuten. Beispiel:Es ist sinnvoller an einem gegebenen, eher schlechteren Tag mit einer be-stimmten Kollektorfläche 200l Wasser von 10°C auf 30°C zu heizen als 40l Wasser von 10°C auf 60°C. Im ersten Fall resultiert ein Solarertrag von 4,6kWh, im zweiten Fall wird nur die Hälfte (2,3kWh) erreicht.Tatsache ist, dass jeder Sonnenkollek-tor, wenn er besser ausgekühlt wird und je tiefer die mittlere Kollektortemperatur ist, eine längere Energiegewinn-Nutzungszeit hat und damit hö-here Solarerträge erzielt (siehe Diagramm). Dies kann anhand folgender Zahlen verdeutlicht werden.
Temperatur und Energie, Teil 1 Seite 6 Oberburg, Juni 2006
Beim Vergleich eines Low-Flow-Systems mit einer gewöhnlichen Anlage muss weiter beachtet werden: Der Sonnenkreis kann, bei zu einfachen Low-Flow-Anlagen (einstufige Wärmeeinbringung), erst ein-geschaltet werden, wenn der Kollektor mindestens die Komforttemperatur (z.B. 60°C) erreicht. Erträge in Zeiten mit niedriger Einstrahlung (weniger gutes Wetter, Randzeiten des Tages) gehen verloren. Bei kleinerer Umwälzung kann mit kleineren Leitungen und mit geringerem Wärmeträgerinhalt gearbeitet werden. Durch die kleinere Umwälzung kann aber auch der Wärmeübergang im Kollektor und im Wärme-tauscher massiv verschlechtert werden. Das heisst sowohl Kollektor, Kollektorverschaltung und der Wärmetauscher müssen auf den niedrigen Durchfluss abgestimmt sein. Kleine Durchflüsse werden bei höheren Arbeitstemperaturen und bei grossen Kollektorfeldern immer an-spruchsvoller. Es besteht die Gefahr, dass das Kollektorfeld nicht mehr regelmässig durchströmt wird und es damit zu lokalen Ueberhitzungen mit folgender Dampf- oder Gasbildung kommt. Ein dauerhaft störungsfreier Betrieb wird damit unmöglich. Grosse Low-Flow-Anlagen müssen sehr sorgfältig geplant werden. Luftsäcke in Teilkreisen sollten soweit irgend möglich vermieden werden. Wenn das Wetter so gut ist, dass mehr als Volldeckung möglich ist, sind die verschiedenen Konzepte gleichwertig, denn mehr als genug Warmwasser können Sie nicht gebrauchen.
Die Low-Flow Technik ist vor allem für Anlagen geeignet, bei denen regelmässig eine relativ grosse Temperaturdifferenz überwunden werden muss. Also zum Beispiel Anlagen für die Warmwasser-aufbereitung mit mittlerem bis höherem Deckungsgrad, bei denen häufig Wasser von 10°C auf 60°C aufgeheizt wird. Nicht geeignet ist sie bei Anlagen zur Warmwasservorwärmung oder für reine Schwimmbadbeheizung. Das Low-Flow-Prinzip würde zu
unnötiger Anhebung der Kollektortemperatur führen. Es macht keinen Sinn den Sonnenkreislauf mit einer Temperaturdifferenz von 40°C (12°C/52°C) arbeiten zu lassen, wenn das Warmwasser normalerweise maximal nur von 10°C auf 30°C aufgewärmt werden kann. Eine Temperaturdifferenz von 20°C ist das Maximum was vertreten werden kann. Es ist wichtig, die Wärme über einen vernünftig hohen (Temperatur-)
Bereich eventuell sogar zweistufig einzubringen. Gar nicht geeignet ist die Low-Flow-Technik zur Beheizung eines Schwimmbades. Das Badewasser wird in der Regel
um 1 bis 3°C angehoben, im Sonnenkreislauf kann fast nicht genügend Wärmeträger umgewälzt werden. Mehrstufige Wärmeeinbringung bringt Mehrertrag Die Leistung von Sonnenenergieanlagen für Warmwasser oder Warmwasser und Heizung kann durch mehrstufige Wärmeeinbringung grundsätzlich verbessert werden. Dies wird bei grösseren Anlagen seit eh und je mit Erfolg angewendet. Low-Flow mit mehrstufiger Wärmeeinbringung reduziert die Trägheit von Anlagen, was sich vor allem bei raschen Wetterverbesserungen und bei Anlagen mit grossen Speichern sehr positiv auswirkt - auch aus der Sicht des Kunden. Es muss nicht zuerst der ganze Speicher von unten aufgeladen werden.
Zeit
Mit
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Low Flow
High Flow
AbendMittagMorgen
Maximale Temperaturdifferenz über dem Sonnenkreis - nicht höher als die maximal mögliche Temperaturanhebung - nicht höher, als dass in einem Umgang die minimal benötigte Temperatur erreicht werden kann
Der Schlüssel zur Mehrleistung liegt für mich nicht in erster Linie beim Low-Flow, sondern vor allem in einer exergiegerechten Wärmeeinbringung bei der die reale (nicht unendliche) Wärmeträgermenge kein Nachteil ist. Also in einer konsequenten Anwendung der Temperaturschichtung.
Prinzipieller Verlauf der mittleren Kollektortemperatur bei einer High-Flow und einer Low-Flow Anlage über einen Tag
Monatlicher Kollektorertrag kWh für 1m! Kollektorfläche
bei fester mittlerer Kollektortemperatur (Tk)
Kollektorer-
trag
Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sep Okt Nov Dez Jahr
Tk= 10°C
Tk= 20°C
Tk= 30°C
Tk= 40°C
Tk= 50°C
Tk= 60°C
Tk= 80°C
Mehrleistung
33,3 46,0 83,7 96,8 124,0 124,0 145,0 149,0 115,0 77,3 37,3 27,5 1059
26,7 37,1 73,9 80,2 105,0 104,0 123,0 127,0 97,0 64,0 29,9 21,7 892,0
21,8 31,0 63,2 71,3 91,5 89,6 107,0 113,0 85,6 54,5 24,5 17,8 770,3
17,9 25,3 54,3 61,1 79,1 77,0 93,5 100,0 75,6 46,3 20,5 14,6 665,2
14,6 20,9 46,4 51,7 68,1 65,9 81,3 88,3 66,2 38,9 17,2 11,8 571,3
12,0 17,2 39,2 43,5 58,1 55,8 69,7 77,1 57,3 32,4 14,1 9,4 485,6
7,7 11,1 26,5 41,6 38,4 49,2 56,8 41,2 21,3 8,8 5,4 338,3
55% 45% 38% 39% 41% 42% 47%
Tabelle: Quelle Klimadaten Region Freiburg
EnergieSparen - Kollektortemperatur?
Betreffend Solar-Energieerträge und Kollektortemperatur bestehen in der Praxis sehr viele Unklarheiten und Missverständnisse.
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Temperaturdifferenz (T_kollektor-T_außen) in K
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thermische Verluste
optische Verluste
Solarertrag
Wirkungsgradkennline
eines Solarkollektors
" hohe Kollektortempe-raturen bringen hohe thermische Verluste mit sich
! niedrige Kollektortempe- raturdifferenzen verursachen die geringsten thermischen Verluste, aber WIE? kann man diese effizient nutzen!
Je tiefer die Kollektortem- peratur, desto höher die Solarerträge
Sehr viele Leute glauben, dass hohe Kollektortemperaturen (heisses "Was-ser" vom Kollektor) hohe Nutzerträge eines Kollektors bedeuten. Beispiel:Es ist sinnvoller an einem gegebenen, eher schlechteren Tag mit einer be-stimmten Kollektorfläche 200l Wasser von 10°C auf 30°C zu heizen als 40l Wasser von 10°C auf 60°C. Im ersten Fall resultiert ein Solarertrag von 4,6kWh, im zweiten Fall wird nur die Hälfte (2,3kWh) erreicht.Tatsache ist, dass jeder Sonnenkollek-tor, wenn er besser ausgekühlt wird und je tiefer die mittlere Kollektortemperatur ist, eine längere Energiegewinn-Nutzungszeit hat und damit hö-here Solarerträge erzielt (siehe Diagramm). Dies kann anhand folgender Zahlen verdeutlicht werden.
Temperatur und Energie, Teil 1 Seite 6 Oberburg, Juni 2006
Beim Vergleich eines Low-Flow-Systems mit einer gewöhnlichen Anlage muss weiter beachtet werden: Der Sonnenkreis kann, bei zu einfachen Low-Flow-Anlagen (einstufige Wärmeeinbringung), erst ein-geschaltet werden, wenn der Kollektor mindestens die Komforttemperatur (z.B. 60°C) erreicht. Erträge in Zeiten mit niedriger Einstrahlung (weniger gutes Wetter, Randzeiten des Tages) gehen verloren. Bei kleinerer Umwälzung kann mit kleineren Leitungen und mit geringerem Wärmeträgerinhalt gearbeitet werden. Durch die kleinere Umwälzung kann aber auch der Wärmeübergang im Kollektor und im Wärme-tauscher massiv verschlechtert werden. Das heisst sowohl Kollektor, Kollektorverschaltung und der Wärmetauscher müssen auf den niedrigen Durchfluss abgestimmt sein. Kleine Durchflüsse werden bei höheren Arbeitstemperaturen und bei grossen Kollektorfeldern immer an-spruchsvoller. Es besteht die Gefahr, dass das Kollektorfeld nicht mehr regelmässig durchströmt wird und es damit zu lokalen Ueberhitzungen mit folgender Dampf- oder Gasbildung kommt. Ein dauerhaft störungsfreier Betrieb wird damit unmöglich. Grosse Low-Flow-Anlagen müssen sehr sorgfältig geplant werden. Luftsäcke in Teilkreisen sollten soweit irgend möglich vermieden werden. Wenn das Wetter so gut ist, dass mehr als Volldeckung möglich ist, sind die verschiedenen Konzepte gleichwertig, denn mehr als genug Warmwasser können Sie nicht gebrauchen.
Die Low-Flow Technik ist vor allem für Anlagen geeignet, bei denen regelmässig eine relativ grosse Temperaturdifferenz überwunden werden muss. Also zum Beispiel Anlagen für die Warmwasser-aufbereitung mit mittlerem bis höherem Deckungsgrad, bei denen häufig Wasser von 10°C auf 60°C aufgeheizt wird. Nicht geeignet ist sie bei Anlagen zur Warmwasservorwärmung oder für reine Schwimmbadbeheizung. Das Low-Flow-Prinzip würde zu
unnötiger Anhebung der Kollektortemperatur führen. Es macht keinen Sinn den Sonnenkreislauf mit einer Temperaturdifferenz von 40°C (12°C/52°C) arbeiten zu lassen, wenn das Warmwasser normalerweise maximal nur von 10°C auf 30°C aufgewärmt werden kann. Eine Temperaturdifferenz von 20°C ist das Maximum was vertreten werden kann. Es ist wichtig, die Wärme über einen vernünftig hohen (Temperatur-)
Bereich eventuell sogar zweistufig einzubringen. Gar nicht geeignet ist die Low-Flow-Technik zur Beheizung eines Schwimmbades. Das Badewasser wird in der Regel
um 1 bis 3°C angehoben, im Sonnenkreislauf kann fast nicht genügend Wärmeträger umgewälzt werden. Mehrstufige Wärmeeinbringung bringt Mehrertrag Die Leistung von Sonnenenergieanlagen für Warmwasser oder Warmwasser und Heizung kann durch mehrstufige Wärmeeinbringung grundsätzlich verbessert werden. Dies wird bei grösseren Anlagen seit eh und je mit Erfolg angewendet. Low-Flow mit mehrstufiger Wärmeeinbringung reduziert die Trägheit von Anlagen, was sich vor allem bei raschen Wetterverbesserungen und bei Anlagen mit grossen Speichern sehr positiv auswirkt - auch aus der Sicht des Kunden. Es muss nicht zuerst der ganze Speicher von unten aufgeladen werden.
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Maximale Temperaturdifferenz über dem Sonnenkreis - nicht höher als die maximal mögliche Temperaturanhebung - nicht höher, als dass in einem Umgang die minimal benötigte Temperatur erreicht werden kann
Der Schlüssel zur Mehrleistung liegt für mich nicht in erster Linie beim Low-Flow, sondern vor allem in einer exergiegerechten Wärmeeinbringung bei der die reale (nicht unendliche) Wärmeträgermenge kein Nachteil ist. Also in einer konsequenten Anwendung der Temperaturschichtung.
Prinzipieller Verlauf der mittleren Kollektortemperatur bei einer High-Flow und einer Low-Flow Anlage über einen Tag
Monatlicher Kollektorertrag kWh für 1m! Kollektorfläche
bei fester mittlerer Kollektortemperatur (Tk)
Kollektorer-
trag
Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sep Okt Nov Dez Jahr
Tk= 10°C
Tk= 20°C
Tk= 30°C
Tk= 40°C
Tk= 50°C
Tk= 60°C
Tk= 80°C
Mehrleistung
33,3 46,0 83,7 96,8 124,0 124,0 145,0 149,0 115,0 77,3 37,3 27,5 1059
26,7 37,1 73,9 80,2 105,0 104,0 123,0 127,0 97,0 64,0 29,9 21,7 892,0
21,8 31,0 63,2 71,3 91,5 89,6 107,0 113,0 85,6 54,5 24,5 17,8 770,3
17,9 25,3 54,3 61,1 79,1 77,0 93,5 100,0 75,6 46,3 20,5 14,6 665,2
14,6 20,9 46,4 51,7 68,1 65,9 81,3 88,3 66,2 38,9 17,2 11,8 571,3
12,0 17,2 39,2 43,5 58,1 55,8 69,7 77,1 57,3 32,4 14,1 9,4 485,6
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55% 45% 38% 39% 41% 42% 47%
Tabelle: Quelle Klimadaten Region Freiburg
Niedrige Kollektortemperaturen ➡ vermindern thermische Verluste ➡ verlängern Energiegewinn-Nutzungszeit dadurch Mehrleistung bis 50%
EnergieSparen - Kollektortemperatur?
Niedrige Kollektortemperatur !!Ist diese Wärmeenergie technisch verwertbar?
konventionelle Solaranlagen können Niedertemperatur-Energien nicht verwerten
Niedrige Kollektortemperatur !!Ist diese Wärmeenergie technisch verwertbar?
konventionelle Solaranlagen können Niedertemperatur-Energien nicht verwerten
Herausforderung ➡ Solare Energie mit niedriger Temperatur
effizient nutzen!➡ Brauchwarmwasser auch morgens, ohne Elektrostab!
“Wärme-Transformations-Speicher“ WTS
Transformation von Niedertemperatur-Energie auf beliebige NutztemperaturUmschichtung solarer Energiereserven in die NutzzoneErhöhung der Speicherkapazität
Innovationsprodukt
Wärmepumpe in einem Schichtenspeicher ohne Zusatzpumpen integriert
3 Schichtenprinzip- BWW-Zone- Heiz-Zone- Unterkühlungs-Zone
kontrollierter Schichtenaufbau
Anschluss beliebiger Energiequellen
Aufbau & Funktion
55°
45°
20°
30°
AnschlussBrauchwarm-wasser
Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers
AnschlussHeizung VL
AnschlussHeizung RL
AnschlussKühlung
Speicherzone 50-60°C
Brauchwarmwasser
Speicherzone 30-45°C
Heizung
Speicherzone18-30°C
Solar-Kühlung,
Wärmepumpe
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Einfache Integration
Herkömmliches Aussehen
Solare Mehrleistung bei allen neuen und bestehenden Solaranlagen
Höhere Versorgungs-sicherheit
Beliebige Kombination mit anderen Energiequellen
Vorteile
55°
45°
20°
30°
AnschlussBrauchwarm-wasser
Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers
AnschlussHeizung VL
AnschlussHeizung RL
AnschlussKühlung
Speicherzone 50-60°C
Brauchwarmwasser
Speicherzone 30-45°C
Heizung
Speicherzone18-30°C
Solar-Kühlung,
Wärmepumpe
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55°
45°
20°
30°
AnschlussBrauchwarm-wasser
Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers
AnschlussHeizung VL
AnschlussHeizung RL
AnschlussKühlung
Speicherzone 50-60°C
Brauchwarmwasser
Speicherzone 30-45°C
Heizung
Speicherzone18-30°C
Solar-Kühlung,
Wärmepumpe
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WTS-Vision: Die neue Energiezentrale
Der WTS - managt jede Umweltenergie
55°
45°
20°
30°
AnschlussBrauchwarm-wasser
Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers
AnschlussHeizung VL
AnschlussHeizung RL
AnschlussKühlung
Speicherzone 50-60°C
Brauchwarmwasser
Speicherzone 30-45°C
Heizung
Speicherzone18-30°C
Solar-Kühlung,
Wärmepumpe
Wä
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n
WTS-Vision: Die neue Energiezentrale
Der WTS - managt jede Umweltenergie
oder Abwärme (Abwasser, Abluft ...)
55°
45°
20°
30°
AnschlussBrauchwarm-wasser
Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers
AnschlussHeizung VL
AnschlussHeizung RL
AnschlussKühlung
Speicherzone 50-60°C
Brauchwarmwasser
Speicherzone 30-45°C
Heizung
Speicherzone18-30°C
Solar-Kühlung,
Wärmepumpe
Wä
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WTS-Vision: Die neue Energiezentrale
Der WTS - managt jede Umweltenergie
oder Abwärme (Abwasser, Abluft ...)
Der WTS - Herzstück für Heizung und Klimatisierung eines Hauses
55°
45°
20°
30°
AnschlussBrauchwarm-wasser
Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers
AnschlussHeizung VL
AnschlussHeizung RL
AnschlussKühlung
Speicherzone 50-60°C
Brauchwarmwasser
Speicherzone 30-45°C
Heizung
Speicherzone18-30°C
Solar-Kühlung,
Wärmepumpe
Wä
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WTS-Vision: Die neue Energiezentrale
Der WTS - managt jede Umweltenergie
oder Abwärme (Abwasser, Abluft ...)
Der WTS - Herzstück für Heizung und Klimatisierung eines Hauses
➡ WTS „Solare Geheimwaffe“
Solar-Anlagen mit WTS
Solare Mehrleistung
Sehr hohe Versorgungssicherheit
Neue Chancen in der Solarthermie ...
Solar-Anlagen mit WTS
Solare Mehrleistung
Sehr hohe Versorgungssicherheit
Neue Markt-Chancen für Solar
Neue Chancen in der Solarthermie ...
Solar-Anlagen mit WTS
Solare Mehrleistung
Sehr hohe Versorgungssicherheit
Neue Markt-Chancen für Solar
Solar-Marktreserven erschliessen
Neue Chancen in der Solarthermie ...
Solar-Anlagen mit WTS
Solare Mehrleistung
Sehr hohe Versorgungssicherheit
Neue Markt-Chancen für Solar
Solar-Marktreserven erschliessen
Fragen?
Neue Chancen in der Solarthermie ...
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