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Solartechnik: (Fach) / Solartechnik (Lektion)

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• Exergie? Genutzter Energieanteil. Teil der in Arbeit umgewandelt wird.
• Anergie? Nicht nutzbare Energie Abwärme
• Energieformen, Definition, Bsp? Primärenergie: unverarbeitete Energie; Erdöl, Kohle, Uran, Wasserkraft Sekundärenergie: einmal umgesetzte Energie; Heizöl, Koks, Brennstäbe Tertiärenergie: zweifach umgesetzte Energie; Strom im Kraftwerk Endenergie: Energieform beim Verbraucher; Heizöl, Strom, Benzin Nutzenergie: Echte Energiedienstleistung; Wärme, Licht, Bewegungsenergie Abwärme: reine Anergie; Autokühler, Kühltürme
• Aufteilung des Energieverbrauchs der privaten Haushalte? Raumwärme 76% Kraft 8% Licht 2% Kochen 3% Warmwasser 11%
• Treibhauseffekt? kurzwellige Strahlung durchdringt fast ungehindert die Atmosphäre, trifft auf die Erdoberfläche, wird teils absorbiert und langwellige Strahlung reflektiert. Diese kann Atmosphäre nicht vollständig => Oberfläche wird weiter erwärmt Zu 2/3 durch Wasserdampf verursacht, Rest Spurengase wie CO2, Methan etc
• Anthropogener Treibhauseffekt? Durch Menschen verursacht: Verbrennung fossiler Energieträger Brandrodung Chemie (FCKW) Landwirtschaft (Reisanbau, Düngung, Rinderhaltung, Mülldeponie)
• Bereits festgestellte Klimaveränderungen? ungewöhnliche lange El-Nino Warmphase (1990-1995) Meeresspiegelanstieg um 10-25cm in 100 Jahren Anstieg Oberflächentemperatur in Alaska um 2-4°C Zunahme der Wolken über Land Rückgang der Schneedecke in den Alpen
• Mögliche zukünftige Auswirkungen der Klimaveränderungen? Abschmelzen der Polkappen Anstieg des Meeresspiegels Zunahme von Extremereignissen (Trockenheit, Überschwemmung) Verschiebung von Meeresströmungen
• Ozonschicht? O3-Schicht in der Atmosphäre, die UV-B Strahlung absorbiert Schädigung durch: FCKW, Halone, Methylbromid (Treibstoffe, Kältemittel, Pflanzenschutzmittel, Aufschäumen von Dämmstoffen, Konservierungsstoffe)
• Probleme der Kernenergie Begrenzte Uranvorkommen GAUs (zB Fukushima, Tschernobyl) Risiko durch Transport und Lagerung Sabotage, Kriegshandlungen, Leichtsinn Zu hohe Nachfrage für alleinige Deckung
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• Solarkonstante? Leistung der Sonne ohne Einwirkung der Atmosphäre (Satellitenhöhe)   1,35 kW/m²
• Emissionsgrad? Emissionsgrad *Epsilon* (e) Schwarzer Strahler e=1 Je rauher, desto größerer e
• Winter-Sommer? Im Winter steht die Sonne flacher, deswegen müssen die Strahlen mehr Luft durchdringen => kälter
• AM? Airmass AM 0: entspricht Solarkonstante 1,353 kW/m² AM 1: Strahlung auf Meereshöhe, Sonne im Zenit, senkrechte Einstrahlung. 1 kW/m² AM 1,5: Strahlung auf Meereshöhe, Sonnenstand 41,8° bzw 48,2°, meist genutzter Referenzwert bei Leistungsangaben von Solarmodulen. 825 kW/m² AM 2: Strahlung auf Meereshöhe, Sonnenstand 30° bzw 60° AM 3: Strahlung auf Meereshöhe, Sonnenstand 19,5° bzw 70,5°
• Diffuse Strahlung? Indirekte Strahlung, die durch Reflexion auf einen Körper trifft
• Messung von Sonnenstrahlung? Pyranometer Pyrheliometer Kalibrierte Solarzellen
• Pyranometer? Unter Glashaube abwechselnd weiße und schwarze Elemente. Erwärmen sich durch Absorption der Sonnenstrahlen unterschiedlich. Erwärmung über Thermogenerator in Spannungsmesswerte
• Pyrheliometer? Wie Pyranometer. Rohrblende erfasst zusätzlich ausgehende Strahlung von Sonnenscheibe
• Kalibrierte Zellen? Messen von Solarstrahlung. Ungenauer als Pyrheliometer und Pyranometer, da spektral empfindlicher, aber relativ preiswert
• Globalstrahlung? Diffuse Strahlung + Direkte Strahlung = Globalstrahlung nur ca 70% treffen auf die Erde auf Für Bemessung der Anlage Mittel aus April bis September nutzen. Durchschnittswert 4,4 kWh/m²a
• Einflüsse auf Strahlungsintensität? Jahreszeit, Tageslauf, Witterungsbedingungen, geografische Breite
• Sonnenschein? Mindestens 20% der Globalstrahlung von 1000W/m² Wenig Aussagekräftig in Solartechnik (komischerweise der Wert der maximalen direkten Strahlung)
• Vor- und Nachteile regenerativer Energien? Vorteile: unerschöpflich Verbreiterung der Energiebasis oft umweltfreundlich heimisch risikoarm hohe gesellschaftliche Akzeptanz Anreiz für technische Entwicklung, Export bessere natürliche Bedingungen in Entwicklungsländern Nachteile: Energiedichte wesentlich geringer, als bei fossilen Energieträgern Räumlich und zeitlich schwankende Verfügbarkeit
• Sonnenenergienutzung? Sonnenenergie: Indirekt: Windenergie Wasserkraft Biomasse Gezeitenenergie Geothermie 2. Direkt: aktiv: thermisch (Solarabsorber, Solarkollektoren) elektrisch (Photovoltaik) passiv: Solararchitektur Transparente Wärmedemmung  
• Maßnahmen zur passiven Solarenergienutzung Fenster Gebäudeform Wärmespeicherung Trombe-Wand Transparente Wärmedämmung Solarhaus von Sokrates: Sommer: steiler Sonneinfallswinkel verhindert Einstrahlen in Haus, im Winter durch flachen Winkel begünstigt
• Grundprinzipien Solarhaus von Sokrates nach Süden offen und weit nach Norden geschlossen und eng Terrasse, Vorplatz im Süden Vorratsraum, zugleich Pufferzone im Norden massive Wände für Wärmespeicherung Steinboden, zugleich Wärmespeicher Winter (tiefe Sonne): Inneres erwärmt Sommer (hohe Sonne): Inneres kühl
• Elemente der passiven Nutzung von Solarenergie bei Fenstern Orientierung: Südorientierung bevorzugt Fenstergröße: große Südfenster, kleine Nordfenster Anordnung: Mittig; Balkone, Brüstungen, hohe Fensterstürze können Schatten werfen Lichtlenkung: Schatten oder mehr Licht Fensterkonstruktionen: MIG-System, Einfachverglasung, Zweifachverglasung, Dreifachverglasung, Wärmeschutzverglasung, Sondergläser
• Trombe Wand? Schwarz gestrichene Außenwand, mit Isolierverglasung im Abstand von 5-15cm. Die Wand absorbiert die Sonnenstrahlung und gibt sie zeitverzögert als Raumwärme ab. Durch Lüftungsöffnungen entsteht eine konvektive Luftbewegung, die die Wärmeabgabe beschleunigt
• Transparente Wärmedämmung Wie Trombe-Wand: Schwarz gestrichene Außenwand, mit Isolierverglasung im Abstand von 5-15cm. Die Wand absorbiert die Sonnenstrahlung und gibt sie zeitverzögert als Raumwärme ab. Durch Lüftungsöffnungen entsteht eine konvektive Luftbewegung, die die Wärmeabgabe beschleunigt Unterschied: zusätzliche Dämmschicht, die sonnenlichtdurchlässig und gleichzeitig isolierend ist. Winkelabhängig
• Selektive Schichten Absorbieren nur Licht mit Lambda < 1,5 *10^-9 m Entsprechend geben sie nur sehr wenig (real) bis gar keine (ideal) Emissionen ab. Absorption = Emission bei schwarzem Strahler
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• Absorberarten Schwimmbadabsorber Flachkollektor Vakuumflachkollektor Vakuumröhrenkollektoren Speicherkollektor Luftkollektor
• Schwimmbadabsorber? schwarze Kunststoffrohre Witterungsbeständig (UV, Feuchtigkeit), Korrosionsbeständig (gechlortes Wasser) Keine Wärmedämmung preisgünstig geringe Temperaturunterschiede im Winter abgepumpt um Frostschäden zu vermeiden
• Transparente Abdeckung Erzeugt Treibhauseffekt in Kollektorgehäuse Nachteil: Reflexionsverluste, Temperaturschwankungen Bruchunempflindlich, Wetterbeständig (Hagel) Kunststoffe NICHT wetterbeständig => schlecht  
• Absorber Meist selektive Schicht, um WÄrmeverluste bei herkömmlichen schwarzen FLächen zu verhindern
• Kollektorgehäuse Kunststoff, Blech, Holz Witterungs-, Temperaturbeständig, Wärmedämmung, Insekten-, Schmutz-, Feuchtigkeitsschutz. Kontrollierte Be- und Entlüftung
• Vakuumröhrenkollektor Wie Flachkollektor, nur dass durch Vakuum Verluste durch Wärmeleitung und Konvektion reduziert werden geringe Einstrahlung verwertbar U-Rohr oder Rohr ind Rohr Sammelrohr mit Wärmetauscher
• Bewertungskriterien Kollektor? Preis-Leistungs-Verhältnis (!) Gebäudegestaltung Montagefreundlichkeit Kollektorgröße Wartungsintensität Lebensdauer
• Komponenten solarer Brauchwasseranlage Kollektorfeld zur Umwandlung der Solarenergie in Wärme Leitungssystem zum Transport der Wärme Speicher Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme an das Brauchwasser Peripherie: Solarstation = Regelung + Sicherheitskomponenten
• Anforderungen an Wärmespeicherung? Speicherart Speicherdauer Menge der Wärmeenergiespeicherung maximal zulässige Wärmeverluste je nach Speichertemperatur und -dauer
• Wärmeträgerflüssigkeit Frostschutzmittel (Glykol) und Wasser vollständig vermischt Toxische, ätzende und reizende Frostschutzmittel für Brauchwasseranlagen unzulässig biologisch abbaubar Korrosions- Alterungs- Inkrustierungresistent Flammpunkt über 100°C
• Solarstation Umwälzpumpe Durchflussmesser Temperaturfühler Rückschlagventil Manometer Membranausgleichsgefäß Allg. Regelung und Sicherheit
• Fehler bei Solaranlage? Obere Entlüftung wurde vergessen Temperaturfühler am Kollektor/Speicher falsch platziert Kollektor wird verschattet durch Kamin, Antenne, Bäume, Gebäude oä Verschmutzung der Glasbedeckung mit Vogelkot durch Kollektoreinbau unter Antenne Nachträgliche Begehbarkeit des Daches nicht vorhanden Verwechslung von Vor- und Rücklauf im Solarkreislauf beim Anschluss der Rohrleitungen Undichte Dacheinführung Schlechte Rohrdämmung, schlechter UV- und Wasserschutz, zu geringe Dämmstärke, Wärmebrücken Frostschutzmittelanteil falsch Regelung falsch eingestellt bzw Temperaturdifferenz oder Durchfluss Zu geringer Anlagendruck führt zu Dampfbildung Druckausdehnungsgefäß ist zu klein Solaranlage ist unter- oder überdimensioniert
• Montage Solaranlage? Montage des Kollektors (Seil, Gerüst, Kran) Sicherungsmaßnahmen (Gerüst) Dacheinbindung zum Bsp durch Dachdecker Freiaufstellung als Alternative zur Dachmontage Planung der Rohrleitungsmontage und Dachdurchführung (eventuell freier oder stillgelegter Lüftungsschacht des Schornsteins) Absprache mit Schornsteinfeger Montage bzw Transport des Solarspeichers an den vorhergesehenen Ort Nachheizung des Speichers, evtl Einbindung in die vorhandene Heizung Planung und Durchführung der elektrischen Einbindung Abklären von vorhandenen Abwasser- und Elektroanschlüssen
• Speicherkonzepte? Solar-Brauchwasserspeicher Pufferspeicher Kombispeicher Latentspeicher
• Material des Solarspeichers abhängig vom Speicherprinzip unbeschichteter Stahl (nur Pufferspeicher) emaillierter Stahl Edelstahl Kunststoffbeschichteter Stahl Kunststoff
• Funktion Solarzelle eindringendes Licht regt Elektornen an, wodurch sie sich frei bewegen können und das aufgrund der aufgenommenen Energie auch tun Gleichstrom
• Anwendungsbereiche Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen Wochenend-, Ferienhäuser, Berghütten: Beleuchtung, Radio, TV Wohnmobile: Batterienachladung, Beleuchtung, Radio, TV, Kühlung Verkehr: Beleuchtung, Notrufsäule, Parkuhr, Baustellenbeleuchtung, Fahrplanbeleuchtung Werbung: Beleuchtung, Mobiles Sicherungstechnik: Fassaden, Spielzeug Landwirtschaft: Weidezäune, Bewässerung Fischzucht: Sauerstoffanreicherung Haus und Garten: Alarmanlagen, Gartenspringbrunnen Bildung: PV-Simulatoren Hobby/Freizeit: Radio, TV, Recorder, Boote, Yachten, Solarautor Kommunikation: Richtfunknetze Architektur: Fassaden, Spielzeug Umwelt: Messstationen
• Brennstoffzelle Wasserstoff verbindet sich mit Sauerstoff in kontrolliertem elektrochemischem Prozess => elektrischer Strom + Wärme
• Probleme Brennstoffzelle kein Wasserstoff-Versorgungsnetz (Erdgasnetz evtl umrüstbar) größeres Speichervolumen nicht wirtschaftlich (zB zu teure Herstellung)
• Amortisation Zeitspanne bis Erträge gleich den Kosten für Anschaffung, Betrieb und Wartung gleich sind   Keine genaue Berechnung, da folgende Faktoren nicht berücksichtigt werden: Lebensdauer (ca 20 Jahre) Zeitpunkt der Einnahmen und Ausgaben Zinsen Inflationsrate Preissteigerung für Löhne und Energien

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