Exa (nicht-konz. + konz. Solarth.) Flashcards
Kollektortypen
Welche Unterteilung gibt es? (3)
nicht konzentrierende Flüssigkeitskollektoren
nicht konzentrierende Luftkollektoren
konzentrierende Kollektoren
(Siehe Übersicht slide 7 (nicht-konzentrierende VL!))
Solarthermie = ??
= thermische Nutzung der Solarenergie
Um Kenndaten von Kollektoren zu ermitteln, muss zuerst die betrachtete Fläche ermittelt werden.
1) Bei Kollektoren werden folgende Flächen unterschieden: ?? (3)
2) Zeichne einen (verallgemeinerten) Kollektor und markiere die jeweiligen Flächen!
1)
Bruttofläche
Aperturfläche
Absorberfläche
2) siehe slide 12!
Beschreibe die Energieumwandlungskette bei nicht-konzentrierender Solarthermie!
Strahlungsenergie der Sonne (diffus + direkt)
->
Umwandlung der Photonenenergie in Wärme im Absorber
->
Wärmeleitung im Absorber
->
Wärmeübertragung an Wärmeträgermedium
->
ggf. weitere Wärmeübertragung an Speichermedium
Speicherkollektor
Skizziere und beschreibe kurz den Aufbau!
Gute Dämmung auf der Rückseite.
Reflektoren an der Rückwand lenken das Licht auf den Speicher
Wärmespeicher ist direkt im Kollektor integriert
-> Skizze slide 20!
Nenne einen Nachteil von Speicherkollektoren!
deutlich höheres Gewicht des Kollektors
-> dadurch nicht bei allen Dachkonstruktionen einsetzbar!
1) Wozu werden Beschichtungen eingesetzt?
2) Welche Art von Beschichtungen werden eingesetzt?
3) Nenne Beschichtungen, die in modernsten Flachkollektoren genutzt werden?
1) Sollen die solare Strahlung absorbieren und in Wärme umwandeln
2) Selektive Beschichtung: Beschichtungen mit einer hohen Absorptionsrate von Strahlung der Wellenlänge 0,3 - 2,5 μm ((optimiert für diese Wellenlängen, in anderen Wellenlängenbereichen deutlich geringere Absorptionsraten))
3) folgende selektive Beschichtungen:
- Schwarzchrom
- Cermet
- Tinox
(-> Tabelle slide 28)
Flachkollektor - Typische Absorberabdeckungen
1) Welche beiden Eigenschaften/Kategorien sind bei der Auswahl entscheidend/wichtig? (2)
2) Nenne bsph. Abdeckungen die zum Einsatz kommen! (2)
3) Welche Struktureigenschaften weisen diese Materialien meist auf, warum?
1)
- solarer Transmissionsgrad
-> sollte möglichst hoch sein
- Beständigkeit (des Transmissionsgrades)
-> sollte nur möglichst geringe Abnahme aufweisen
2) z.B.:
- FEP (Teflon)
- Eisenfreies Glas gehärtet
(-> mehr Tabelle slide 29)
3) poröser und weniger glatte Oberflächenstruktur, um weniger Reflektion und mehr Transmission zu ermöglichen
(-> siehe z.B. slide 30: Standardsolarglas 91% Transmission, Antireflexglas 96% Transmission)
Nenne 2 Vorteile und 2 Nachteile von Flachkollektoren!
Vorteile:
- besitzt gutes Preisleistungsverhältnis
(-> auch preisgünstiger als Vakuumkollektoren)
- bietet vielseitige Montagemöglichkeiten (Aufdachmontage, dachintegrierte Montage, Fassadenmontage und Freiaufstellung)
Nachteile:
- für die Herstellung hoher Temperaturen nicht geeignet (z.B. Dampferzeugung, …)
- größerer Flächenbedarf als Vakuumkollektoren
Erkläre die Funktionsweise eines Vakuumröhrenkollektors. (Altkl.)
Wärmetransport durch ein verdampfendes und kondensierendes Fluid innerhalb des Rohres.
Durch Einstrahlung verdampft Fluid, steigt auf und gelangt in Wärmetauscher. Dort kondensiert es und fließt im Rohr wieder nach unten, um erneut zu verdampfen.
Nenne 3 Vor- und 2 Nachteile von Vakuumröhrenkollektoren!
Vorteile:
- erreicht hohen Wirkungsgrad bei niedrigen Einstrahlungen
- effektiver in der Heizungsunterstützung
- erreicht Temperaturen zur Dampferzeugung oder für Absorptionskältemaschinen
Nachteile:
- teurer als Flachkollektoren
- kann nicht für Indachmontage eingesetzt werden
Der optische Wirkungsgrad stellt den maximalen Wirkungsgrad des Solarkollektors dar.
Wahr/Falsch?
Wahr
Vakuumröhrenkollektoren sind am effizientesten aber auch sehr teuer.
Wahr/Falsch?
Wahr
Ordne die folgenden nichtkonzentrierenden Kollektoren nach der Höhe des typischen Temperaturbereiches in °C!
(Flachkollektor, Einfachabsorber, Vakuumröhrenkollektor)
Einfachabsorber (0-30°C)
<
Flachkollektor (20-80°C)
<
Vakuumröhrenkollektor (50-120°C)
-> siehe slide 39 mehr Details!
Wichtiger als die maximale Leistung ist der ?(1)? eines Kollektors, die Energie pro Zeit korreliert mit der ?(2)?
(1) Ertrag
(2) zur Verfügung stehenden Fläche in m^2
Beschreibe die Problematik der richtigen Dimensionierung der Kollektoren!
Für die nördliche Hemisphäre muss ein Kompromiss zwischen der Wärmeproduktion des Sommers und des angestrebten Beitrags im Winter getroffen werden.
(siehe slide 44)
Solarthermische Wassererwärmung
Welche beiden Fälle werden unterschieden?
Wärme von der Sonne für heißes Wasser
Wärme von der Sonne für Warmwasser und zum Heizen
-> Beschrifte Abbildung und Schritte slide 45!
Thermosyphonanlage
1) Erkläre das Konzept des Thermosyphon (offener Betrieb).
2) Worauf muss beim geschlossenen System geachtet werden?
3) Fertige hierzu zusätzlich eine Skizze an die das Prinzip wiedergibt.
(Probeexam)
1)
Bei offenen Thermosyphon wird Wasser aus einem Speicher mit einem Kollektor erhitzt.
Der Kollektor ist vertikal aufgebaut, sodass warmes Wasser nach oben steigt.
Dadurch entsteht ein natürlicher Umlauf des Wassers, sodass keine weitere Pumpe benötigt wird
2)
Bei einem geschlossenem Kreislauf muss noch ein Überdruckventil und ein Ausdehnungsgefäß installiert werden
3)
Skizze siehe slide 50 (VL nicht konz.)
-> (nur offener Naturumlauf (Thermosyphon) und geschlossener Naturumlauf (Thermoyphon))
Nenne Nachteile einer Thermosyphonanlage! (3)
Nachteile:
- typischerweise befinden sich Heizungsanlagen im Keller eines Gebäudes -> Kopplung dann schwierig
- System eher träge
- Anordnung Speicher / Kollekor
Thermosyphonanlage
In Gebieten mit Frostgefahr ist was notwendig? Erkläre!
Einsatz eines Zweikreissystems
-> Im Speicher befindet sich normales Brauchwasser und kann direkt aus diesem entnommen werden
-> Im Solarkreis fließt mit Frostschutz (oft Glykohl) versehenes Wasser
-> Im Speicher befindet sich ein Wärmetauscher, mit dem die Wärme vom Solarkreis an das Brauchwasser übergeben wird
Worin liegt der grundlegende Unterschied zwischen Naturumlauf (Thermosyphon) und Zwangsumlauf?
Bei Zwangsumlauf kann der Speicher auch auf einem niedrigeren Höhenniveau als der Kollektor angebracht werden. Es muss dafür aber eine Pumpe zum Einsatz kommen.
-> siehe Abbildung slide 50!
1) Erkläre das Konzept des Aufwindkraftwerks!
2) Bewerte das Konzept bzgl. auf dessen Effizienz
Fertige auch eine Skizze an.
Nutzt die Energie von aufsteigender warmer Luft um Strom zu erzeugen.
Turbinen in Kaminröhre installiert
-> nachdem die warme Luft durch die Turbine geströmt ist, wird sie oben am Kamin wieder ausgestoßen, wo sie sich abkühlt und wieder absinkt
-> ständiger Luftstrom
2) geringere Effizienz als andere Solaranlagen, ABER sie können auch bei bedecktem Himmel o. in der Nacht Strom erzeugen
3) Skizziere Abbildung slide 3
