Solarthermie-2000 – Teilprogramm 2 - Solar - so heizt man heute

Leistungsfähigkeit einer Solaranlage vorherzusagen. Eine ausreichend sichere Aussage zum
Ertrag ist jedoch nur mit einem Simulationsprogramm möglich, das nicht nur die Kollektorkennwerte,
sondern auch die der anderen Systemkomponenten, die Meteorologie am Standort,
der zu deckende Energiebedarf und einige Daten zum konventionellen System berücksichtigt.
Wie stark sich die Unterschiede in den Kollektorkennwerten im Ertrag einer Solaranlage
auswirken, zeigt Tab. 2.2. Die Kennwerte für die fiktiven Kollektoren orientieren sich an
den oberen und unteren Grenzwerten heute üblicher Kollektoren. Ein heute “mittlerer“
Flachkollektor ( 0 ca. 80%; k 1 ca. 3,3) hätte etwa das Verhalten wie die Kollektoren mit den
Nummer 2 oder 3 in Tab. 2.2. Die Rechnungen wurden mit T*SOL 3.1 /11/ durchgeführt.
Im Folgenden einige Systemspezifikationen:
Kollektorfläche: 100 m 2 (Ausrichtung Süd, Neigung 45 °); Pufferspeicher: 5 m 3
Standort: Köln; Zapfverbrauch: 7, 4 und 2,5 m 3 /d
(Anlagenauslastung = Zapfverbrauch je m² Koll.: 70, 40 und 25 l/(m 2 ∙d))
Kollektorkennwerte fiktiv; η 0 und k 1 lt. Angaben in Tab. 2.2
Für Kollektor-Nr. 1-4 (FK): k 2 = 0,015 W/(m 2 ∙K 2 ); für Nr. 5 (RK): k 2 = 0,010 W/(m 2 ∙K 2 )
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Tab. 2.2:
Solarsystemertrag bei Verwendung verschiedener Kollektoren für Systeme mit unterschiedlicher
Auslastung (grau hinterlegt: Referenzsystem für Abb. 2.3)
Auslast.:70 l/(m 2 ∙d) Auslast.:40 l/(/m 2 ∙d) Auslast.:25 l/(/m 2 ∙d)
Kollektor-Nr.
FK: Flachkol.
RK: Vakuum-Röhre
Konversionsfaktor η0
[%]
lin. Wärmedurchgangs-koeff.
k1 [W/(m 2 ∙K)]
Solarsystemertrag
[kWh/(m 2 ∙a)]
Solarsystemnutzungsgrad
[%]
Solarsystemertrag
[kWh/(m 2 ∙a)]
Solarsystemnutzungsgrad
[%]
Solarsystemertrag
[kWh/(m 2 ∙a)]
Solarsystemnutzungsgrad
[%]
1-FK "schlecht" 76 4,0 517 43,9 423 35,9 331 28,1
2-FK 76 2,6 567 48,1 462 39,2 356 30,3
3-FK 84 4,0 571 48,5 457 38,8 352 29,9
4-FK "gut" 84 2,6 624 53,0 490 41,7 372 31,6
5-RK 84 1,3 726 61,7 558 47,4 410 34,8
In Abb. 2.3 sind die Abweichungen aller in Tab. 2.2 aufgelisteten Systemerträge bei den
unterschiedlichen Auslastungen vom Ertrag des "Referenzsystems" ("guter" Kollektor,
Auslastung 70 l/(m²∙d); System grau hinterlegt in Tab. 2.2) dargestellt. Die Grafik und Tab.
2.2 zeigen, dass bei einer Anlagenauslastung von 70 l/(m 2 ∙d) der Solarertrag des Systems
mit dem schlechtesten Flachkollektor relativ etwa 17 % unter dem Ertrag der Anlage mit
dem guten Kollektor liegt. Das System mit etwa doppelt so teuren Vakuumröhrenkollektoren
liefert rund 16 % mehr Energie als das mit dem besten Flachkollektor.
Da eine Anlagenauslastung von 70 l/(m 2 ∙d) ein Vorwärmsystem beschreibt (vgl. Kap. 6.1),
kann eingewandt werden, dass die besseren Kollektoren ihre Stärke aufgrund der noch mäßigen
Übertemperatur nicht ausspielen können. Deshalb wurden die Berechnungen auch für
Anlagenauslastungen von 40 und 25 l/(m 2 ∙d) durchgeführt, bei denen mit höheren Tempera-