Kupka GmbH - Solartechnik

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	Solartechnik
	1.1. Warmes Wasser von der Sonne Ca. ffa des gesamten Energieverbrauches in Deutschland wird für die Beheizung von Gebäuden aufgewendet. Energiesparende Bauweisen, vor allem aber sparsame Heizsysteme können diesen Verbrauch deutlich verringern und damit zur Schonung der Ressourcen und zum Schutz der Erdatmosphäre beitragen. Ein erhebliches Einsparpotential bietet auch die Trinkwassererwärmung. So stellen Sonnenkollektoren in Verbindung mit einem zentralen Speicher-Wassererwärmer in unseren Breiten gerade in den Sommermonaten die interessanlesle Alternative zum Heizkessel dar Der Energiebedarf der Trinkwassererwärmung ist weitgehend konstant und unabhängig von der Jahreszeit 1.2. Aufteilung der Sonnenstrahlung Die Sonnenstrahlung ist ein Energiestrom, der von der Sonne in alle Richtungen gleichmäßig ausgesandt wird. Auf die äußere Erdatmosphäre trifft davon eine Leistung von 1.36 kW/m', die sogenannte Solarkonstante. Beim Durchdringen der Erdatmosphäre erfährt die Sonnenstrahlung durch Reflexion. Streuung und Absorption an Staubpartikeln und Gasmolekülen eine Schwächung (Bild 2). Die Sonnenstrahlung zerfällt dadurch in zwei Komponenten: -diedirekteStrahlung-derTeil der Strahlung, der die Atmosphäre un-geh indert du rchdri ngt. -diediffuseStrahlung-derTeil der Sonnenstrahlung, der durch Staubpartikel und Gasmoleküle reflektiert bzw. absorbiert wird und ungerichtet auf die Erdoberfläche aultrifft
	1.3. Nutzbarer Anteil Die Summe aus direkter und diffuser Sonnenstrahlung, die sogenannte Globalstrahlung Eq. liegt un 1er optimalen Bedingungen (wolkenloser, klarer Himmel. Mittagszeit) bei ma. 1000 Win; im Jahresdurchschnitt ergeben sich für Deutschland ungefähr 1000 kWh'm. was dem Energieinhalt von ca. 100 Litern Heizöl oder 100 m' Erdgas entspricht. Richtig ausgelegte Sonnenkollektoranlagen mil au feinander abgestimmten Systemkomponenten können ca. 50 bis 60% des jährlichen Energiebedarfs für die Trinkwassererwärmung von Ein- und Zweifamilienhäusern einsparen. In den übrigen Monaten wird die solare Trinkwassererwärmung durch eine zweite unabhängige Wärmequelle ergänzt - in der Regel ein Ol-/Gas-Niedertemperatur-Heizkessel oder besser noch, ein Brenn - wertkessel. Die durch einen Kollektor erzielbare Nu tzenergie hä ng t von meh reren Faktoren ab. Wesentlichen Einfluss hat die insgesamt zur Verfügung stehende Sonnenenergie. Während in Freiburg eine Global Strahlung von 1270 kWMm.a) verfügbarist. sind es in Hannover nur 955 kWhP'(m*-a). Weiterhin spielen Kollektortyp sowie Kollektorneigung und -au s rieh Hing eine wesentliche Rolle. Für einen wirtschaftlichen Betrieb der Solaranlage ist außerdem eine sorgfältige Dimensionierung der Anlagenkomponenten erforderlich. Wie sich das monatliche Angebot an Sonnenenergie im Jahresveriauf für Würzburg - Mittelwert für Deutschland - aufteilt und wie hoch die entsprechende Energiemenge bzw. Globalstrah lu ng ist. lässt sich aus Bild 4 ableiten.
	2.1. Neigung und Ausrichtung der Kol lektore n zu r E rd ob erf I i c h e Aufgrund des Sonnenstands am Tag sind Kollektoren möglichst nach Süden auszurichten, um eine optimale Leistungsausbeute zu erzielen. Abweichungen aus der Süd-Richtung bis ca. 20° haben in den Sommermonaten kaum Einfluss auf die Einstrahlung: über das Jahr gesehen ergeben sich Unterschiede von lediglich ca. 2%. Neigungswinkel und Azimutwinkel sind Maßefürdie Kollektorausrich-tung. Neigungswinkel a Der Neigungswinkel cc der Kollektoren zur Erdoberfläche ist wichtig für die größtmögliche Energieaufnahme (Bild 81. Bei SchrägdachmontageistderNei-gungswinkel durch die Dachneigung vorgegeben. Die größte Energiemenge kann vom Absorber des Kollektors aufgenommen werden, wenn die Kollektorebene im rechten Wink*'! zur Sonneneinstrahlung ausgerichtet ist. Da der Einstrahlungswinkel von der Tages- und der Jahreszeitabhängig ist. sollte die Kollektorebene entsprechend dem Sonnenstand '.v,ih rend der Phase des g roßten E nor-gieangebotes ausgerichtet werden. In derPraxiserweisensich Neigungswinkel zwischen 30 und 45' a ls ideal. Fü r di e Bu ndesrepu bl ik Deutschland istfenach nach Nut-zungszeitraum ein Neigungswinkel zwischen 25 und 70" sinnvoll. Azintutwinket Der Azimutwinkel (Bild 9) beschreibt die Abweichung der Kollektorebene ausderSüdrichtung: Kollektorebene nach Süden ausgerichtet heißt Azimutwinkel = 0". Da die Sonneneinstrahlung während der Mittagszeit am intensivsten ist. sollte die Kollektorebene möglichst nadi Süden ausgerichtet sein. Akzeptabel sind aber auch Abweichungen aus der Südrichtung bis zu 45".
	Dimensionierung von Solaranlagen
	2.2. Kollektorwirkungsgrad Ein Teil derauf die Kollektoren auftreffenden Sonnenstrahlung geht durch Reflexion an der Scheibe und Absorption "verloren". Der optische Wirkungsgrad i\|ö berücksichtigt diese Verluste. Bei der Erwärmung der Kollektoren geben diese durch Wärmeleitung. Wärmestrahlung und Konvektion Wärme an die Umgebung ab. Diese Verl uste we rden du rch d io Wärmeverlustbeiwerte k, und k;. berücksichtigt (Tab. 1). Wärmeverlustbei werte und optischer Wirkungsgrad bilden die Kollektorwirkungsgradkennlinie, die nach der Gleichung n = n0 - k, • (ifl/ Eg) - k,. (Aö*/ Eg) berechnet werden kann (Bild 10). Istdie Differenz zwischen Kollektorund Umgebungstemperatur Null, hat der Kollektor keine Wärmeverluste an die Umgebung, und der Wirkungsgrad i) hat sein Maximum, man spricht vom optischen Wirkungsgrad i)D.

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