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2014 | Book

Solarthermie

Wie Sonne zu Wärme wird

Authors: Thomas Schabbach, Pascal Leibbrandt

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Book Series : Technik im Fokus

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About this book

Welchen Beitrag kann die Solarthermie zur Energiewende leisten? Was kostet Solarwärme und -kälte? Wo sind ihre Grenzen?

Nach einem kurzen Überblick über die Geschichte der solarthermischen Energienutzung führen die Autoren in die physikalischen Grundlagen der Solarstrahlung ein. Dann erläutern sie die Kollektor- und Anlagentechnik anhand zahlreicher Abbildungen. Weitere Kapitel beleuchten die zukünftigen Entwicklungslinien (Stichwort: Solarkraftwerk!) und die Wirtschaftlichkeit dieser Technologie.

Das Buch vermittelt auch dem Laien einen guten Einstieg in die wichtige Technologie auf dem Weg zur Energiewende.

Table of Contents

Frontmatter
1. Einführung
Zusammenfassung
Das Strahlungsangebot der Sonne kann auf vielerlei Weise genutzt werden. Photovoltaikmodule wandeln die Solarstrahlung in elektrische Energie um, Solarkollektoren dagegen wandeln die Energie der Sonne in Wärme um. Diese Nutzungsart wird als „Solarthermie“ bezeichnet. Abbildung 1.1 zeigt beide Varianten nebeneinander.
Die Energiewende benötigt nicht nur erneuerbare elektrische Energie aus Sonne, sondern auch sehr viel Wärme zum Heizen von Räumen, zur Trinkwassererwärmung oder als Prozesswärme in Gewerbe und Industrie. Das folgende Kapitel erklärt die Rolle der Solarthermie in der zukünftigen Energieversorgung. Doch zunächst soll kurz erläutert werden, was genau die Solarthermie ist.
Thomas Schabbach, Pascal Leibbrandt
2. Grundlagen
Zusammenfassung
Was ist eigentlich Solarenergie? Und wie kann sie nutzbar gemacht werden? Das folgende Kapitel erklärt die physikalischen Hintergründe elektromagnetischer Strahlung und Strahlungswandlung. Bei Nutzung des sog. Photoeffekts wird in Photovoltaikmodulen direkt elektrische Energie gewonnen, bei der photothermischen Wandlung entsteht aus der Energie der Photonen thermische Energie. Diese wird in solarthermischen Kraftwerken weiter in elektrische Energie gewandelt oder in herkömmlichen solarthermischen Anlagen als Wärme genutzt.
Thomas Schabbach, Pascal Leibbrandt
3. Bauteile der Solaranlage
Zusammenfassung
Schon in Abb. 1.3 war zu sehen, dass eine Solaranlage nicht nur Kollektoren, sondern auch einen Wärmespeicher braucht, der das Bindeglied zur konventionellen Anlagentechnik darstellt. Dazu werden Wärmeübertrager, Umwälzpumpen, Rohrleitungen und Regelungen benötigt. Das folgende Kapitel erläutert die Funktion und Bauarten der wichtigsten Komponenten.
Thomas Schabbach, Pascal Leibbrandt
4. Anlagen und Systeme
Zusammenfassung
Wie wirken die im letzten Kapitel beschriebenen Komponenten einer Solaranlage – Kollektor, Speicher, Regelung – zusammen? Jede Anwendung, sei es solare Trinkwassererwärmung, solare Raumheizungsunterstützung oder solare Prozesswärme, erfordert eine bestimmte Kombination und Dimensionierung der Bauteile.
Anlagen und Systeme werden meist in Hydraulikplänen dargestellt, das sind geometrische Darstellungen der Komponenten, Rohrleitungsverbindungen, Pumpen, Umschaltventile etc. Bevor die verschiedenen Anwendungen betrachtet werden, sollen zunächst die wichtigsten Systemkennwerte zur Beurteilung von Solaranlagen vorgestellt werden.
Thomas Schabbach, Pascal Leibbrandt
5. Wirtschaftlichkeit
Zusammenfassung
Wie teuer ist das Heizen mit Solarwärme? Diese Frage ist nicht so leicht zu beantworten. Viel einfacher dagegen ist der Vergleich konventioneller Wärmeerzeuger: Der Energiegehalt von einem Liter Heizöl entspricht recht gut dem Energieinhalt von einem Kubikmeter Erdgas, Ölkessel sind in der Anschaffung ähnlich teuer wie Gaskessel. Die Erzeugungs- oder „Gestehungskosten“ einer kWh Wärme sind bei Gas oder Öl folglich etwa gleich hoch.
Aber schon der Vergleich mit den Wärmegestehungskosten einer Wärmepumpe ist nicht mehr so einfach, da zwar die jährlichen Kosten für die elektrische Antriebsenergie noch einfach bestimmbar sind, die hohen Anschaffungskosten der Wärmepumpenanlage aber natürlich ebenfalls mitberücksichtigt werden müssen. Solaranlagen verursachen dagegen (fast) überhaupt keine jährlichen Kosten mehr, nachdem die Investition für Kauf und Installation einmalig getätigt wurde.
Wie können die jährlich anfallenden Betriebskosten über die Lebensdauer des Wärmeerzeugers mit den einmaligen Anschaffungskosten sinnvoll „verrechnet“ werden? Dieses Grundproblem jeder Investitionsrechnung und damit die Frage nach den solaren Gestehungskosten soll nachfolgend beantwortet werden.
Thomas Schabbach, Pascal Leibbrandt
6. Auslegung und Anwendungsbeispiele
Zusammenfassung
Solarthermieanlagen können nur dann mit hoher Effizienz und damit wirtschaftlich betrieben werden, wenn die Anlage fachgerecht geplant und installiert wurde. Eine falsche Auslegung der Kollektorfeldgröße und auch schon scheinbar kleine „Fehler“ bei der Einstellung der Regelung oder Positionierung eines Temperatursensors führen schnell zu hohen Ertragseinbußen. Um dies zu zeigen, wurden für Solaranlagen im Ein-/Zweifamilienhaus Simulationsuntersuchungen vorgenommen. Die nachfolgenden Beschreibungen ausgeführter Solaranlagen – für Mehrfamilienhäuser, Krankenhäuser, Industrie und Gewerbe, zum solaren Kühlen sowie in Nah- und Fernwärmenetzen – machen deutlich, wie vielfältig die Einsatzmöglichkeiten für Solarthermie sind.
Thomas Schabbach, Pascal Leibbrandt
7. Historie und Zukunft der Solarthermie
Zusammenfassung
Schon in der Einführung wurde darauf hingewiesen, dass die Solarthermie ein sehr wichtiger Baustein (wenn auch nicht ein sehr großer) in der zukünftigen Wärmeversorgung ist. Die Anwendungsbeispiele aus Kap. 6 haben gezeigt, dass es eine Vielzahl an Möglichkeiten zum sinnvollen Einsatz von Solarthermie gibt, nicht nur im Einfamilienhaus zur Trinkwassererwärmung. Auch Industrie und Gewerbe zeigen einen hohen Wärmebedarf, der teilweise regenerativ gedeckt werden kann.
Das Kap. 5 zur Wirtschaftlichkeit hat die Einflussfaktoren auf die Kosten einer solaren Wärmeversorgung offengelegt: Vor allem die Investitionskosten bestimmen den Wärmepreis – und natürlich muss die Solaranlage sinnvoll ausgelegt sein. Wie können die Herstellkosten gesenkt werden? Was bringt die Zukunft an technischen Neuerungen? Mit welchen Konzepten werden die Hersteller versuchen, an die Erfolgsgeschichte der Photovoltaik anzuknüpfen?
Diese Fragen versucht dieses Kapitel zu beantworten, zuvor jedoch soll ein Blick zurück auf die Anfänge der solarthermischen Nutzung geworfen werden.
Thomas Schabbach, Pascal Leibbrandt
Backmatter
Metadata
Title
Solarthermie
Authors
Thomas Schabbach
Pascal Leibbrandt
Copyright Year
2014
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-642-53907-7
Print ISBN
978-3-642-53906-0
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-53907-7