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Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule)Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp)
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Inhaltliche Gliederung➔ Was ist Solarthermie?➔ Aufbau einer solarthermischen Anlage➔ Kosten und Nutzen➔ Kassel 2050 – Schöne Aussichten?
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Was ist Solarthermie?
Solarthermische Anlagen versuchen, möglichst viel des eintreffenden Sonnenlichts zu absorbieren und als Wärme nutzbar zu
machen.
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Was ist Solarthermie?
Die Sonne liefert genug Energie, um den weltweiten Bedarf problemlos decken zu können.
Zudem ist sie praktisch unerschöpflich, kostenlos und die sauberste Energiequelle.
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Solarthermische Anlagen
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Solarthermische Anlagen
Generell gibt es zunächst 2 Typen von solarthermischen Anlagen:
➔Anlagen zur Brauchwassererwärmung➔Anlagen mit Heizungsunterstützung
Der Einfachheit halber beschäftigen wir uns mit Ersterem.Anlagen mit Heizungsunterstützung sparen weitere ~10% der Heizkosten.
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Solarthermische Anlagen
Solarthermische Anlagen bestehen allgemein aus folgenden Komponenten:
➔Kollektor➔Solarwärmespeicher➔Solarregler➔Solarkreislauf
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Solarthermische Anlagen
Kollektor:
Der Kollektor wird auf dem Hausdach oder an der Fassade eines Hauses angebracht.Er heizt das Wasser im Solarkreislauf auf 60°-80° auf.
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Solarthermische Anlagen
Kollektor:
Bei einer Ausrich-tung nach Südenerreichen die Kollektoren max. Leistung.Der Wirkungsgrad liegt bei beachtlichen 60-70%.
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Solarthermische Anlagen
Kollektor:
Es existieren ver-schiedene Artenvon Sonnenkollektoren:➔Flachkollektoren➔Vakuum-Röhren-Kollektoren
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Solarthermische AnlagenFlachkollektor:
Der Flachkollektorwird hauptsäch-lich in Privathaus-halten eingesetzt.Er ist günstig und bietet ausreich-ende Leistung.
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Solarthermische AnlagenVakuum-Röhren-Kollektor:
Diese Art von Kol-lektor bietet einehöhere Leistung prom² Fläche und liefert Temperaturenvon konstant >80° Grad.Er ist weniger wirtschaftlich alsder Flachkollektor.
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Solarthermische Anlagen
Solarwärmespeicher:Solarwärmespeicher werden eingesetzt,um die über die Sonnenkollektoren gewonnene Wärmeenergie zuspeichern (z.B. über Nacht).
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Solarthermische Anlagen
Trotz ihrer dicken Isolierung haben sie einen Wärmeverlust von 1-2 kWh pro Tag.Ein Speicher fasst üblicherweise 300 Liter Trinkwasser, das über Wärmetauscher durch den Solarkeislauf erhitzt wird.
Solarwärmespeicher:
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Solarthermische Anlagen
Der Speicher wird zusätzlich mit einem konventionellen Heizsystem verbunden (z.B. Öl- oder Gasheizung), das automatisch zugeschaltet wird, wenn die Sonnenenergie nicht ausreicht.
Solarwärmespeicher:
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Solarthermische Anlagen
Die Aufgabe des Solarreglers besteht darin, die Pumpe anzusteuern und die Temperatur des Wassers zu überwachen.
Solarregler:
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Solarthermische Anlagen
Bei Anlagen mit Heizungsunterstützung wird außerdem die Temperierung des Heizungswassers gesteuert.
Solarregler:
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Solarthermische Anlagen
Im Solarkreislauf zir-kuliert Wasser mit Frostschutzmitteln.Ein Ausdehnungs-gefäß kompensiertdie Volumenänder-ungen der Flüssig-keit beim Erwärmen.
Solarkreislauf:
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Kosten und Nutzen
Für Endverbraucher ist natürlich auch sehr wichtig, welche Kosten entstehen und welchen Nutzen man von einer solchen Investition erwarten kann.
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Kosten und Nutzen
Als anschauliches Beispiel haben wir ein Wohnhaus in Kassel mit 30 Mietern und 726 Litern Warmwasserverbrauch gewählt.Die nutzbare Dachfläche beträgt ~100 m².
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Kosten und Nutzen
Für unser Rechenbeispiel wählen wir 60m² Flachkollektoren, um die 726 Liter im Tagesschnitt decken zu können:
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Kosten und Nutzen
Die solare Deckungsrate beträgt im Jahresmittel etwa 70%, eine monatliche Aufschlüsselung sieht wie folgt aus:
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Kosten und Nutzen
Wenn die konventionelle Energiequelle eine neuere Erdgasheizung ist, reduzieren sich die Emissionen wie folgt:
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Kosten und Nutzen
Bei dieser Rechnung handelt es sich um eine Anlage zur reinen Brauchwassererwärmung.
Die Kosten liegen bei ~700 Euro / m², also bei 42000 Euro für die gesamte Anlage.
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Kosten und Nutzen
Für einen 3 Personen Haushalt würden ~8m² ausreichen, um 70% Deckungsrate zu erzielen.
Die Kosten inkl. Montage liegen bei etwa 6000 Euro für das gesamte System
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Kosten und Nutzen
Anlage für einen 3 Personen Haushalt:
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Kosten und Nutzen
Anlage für einen 3 Personen Haushalt:
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Kassel 2050 – Schöne Aussichten?„Wieviel Energie könnten wir 2050 durch solarthermische Anlagen einsparen?“
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Kassel 2050 – Schöne Aussichten?➔Kassel hat ca. 29500 Wohngebäude
➔Wir nehmen an, dass...➔... 50 m² der Dachfläche jedes Hauses für eine Solaranlage geeignet seien➔...jeder Bürger im Schnitt 40m² Wohnraum hätte
➔Warmwasser und Heizungsunterstützung benötigen 1m² Kollektoren pro 10m² Wohnraum
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Kassel 2050 – Schöne Aussichten?
29.500 * 50m² = 1.475.000m² Dachfläche
200.000 * 40m² = 8.000.000m² Wohnfläche
Wir benötigen für Warmwasser und Beheizen im Schnitt 1m² Kollektorfläche für 10m² Wohnfläche:
8.000.000m² / 10 = 800.000m² Kollektorfläche
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Kassel 2050 – Schöne Aussichten?
Zur Verfügung stehen: 1.475.000m² DachflächeBenötigt werden: 800.000m² Kollektorfläche
Wir könnten also 70% des Warmwasserbedarfs und 10% der Heizkosten mit solarthermischen Anlagen decken, wenn ~ 55% der Dächer in Kassel mit solarthermischen Anlagen aufgerüstet würden.
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Kassel 2050 – Schöne Aussichten?
Ob sich eine solche Investition bei den aktuellen Preisen von ~700 Euro pro 1m² lohnen würde, ist allerdings fraglich:
800.000m² Kollektorfläche kosten in etwa:==============560.000.000 Euro
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Quellenangaben:http://de.wikipedia.org/wiki/Solarthermiehttp://www.s-i-z.dehttp://www.erdgasbilder.de/bilder/solarhaus_300.jpghttp://www.s-i-z.de/bilder/haus_st.jpghttp://www.s-i-z.de/bilder/flachkollektorkl.jpghttp://www.s-i-z.de/bilder/solarspeicher.jpghttp://www.architec24.de/viessmann/live/glossar/pspic/bild/64/0_kein4228565643124.jpghttp://www.naturgut-ophoven.de/Bilder/SO/solarthermie.jpghttp://www.solvis.de/5_wissen/5a_faq-solarwaerme.asp?navlink=%2F5_wissen%2F5a_faq-solarwaerme.asphttp://www.paal-solar.de/de/service/solarberechnung.htmlhttp://www.solarserver.de/index-e.htmlhttp://pop85.hp.infoseek.co.jp/photos/2003/20030903-13_denmark_germany_austria/20030907_kassel_wilhelmshohe_1.jpghttp://www.peg-kassel.de/unterneustadt/luftaufnahmen/Luftaufnahme_farbig_3.jpg