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Alternative Energietechniken > VL 6 - Solarkollektoren > Flashcards

VL 6 - Solarkollektoren Flashcards

1
Q

Nutzungmöglichkeiten der Solarenergie

A

Direkte Nutzung:

  • Photovoltaik → Strom
  • Solarthermische Kraftwerke → Strom und Wärme
  • Solarkollektoren → Wärme

Indirekte Nutzung:

  • Energiepflanzen → Verwendung als Brennstoffe → Strom und Wärme
  • Windkraftanlagen → Strom
  • Wasserkraftwerke → Strom
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2
Q

Komponenten der Globalstrahlung

A

Direkte Strahlung

Diffuse Strahlung:

  • Himmelstrahlung
  • Reflexionsstrahlung
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3
Q

Winkelbezeichnungen in der Solartechnik

A

Sonnenhöhe γ_s (Horizont = 0, Zenit = 90)

Sonnenazimut α_s (Süden = 0, Osten = -90, Westen = +90)

Neigung der Fläche β (Horizontal = 0, Vertikal = 90)

Azimut der Fläche α (Süden = 0, Osten = -90, Westen = +90)

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4
Q

Air-Mass-Faktor AM

A

Der Air-Mass-Faktor AM gibt die Weglänge der Sonnen-strahlen durch die Atmosphäre in Abhängigkeit des Sonnenhöhenwinkels an

Höherer AM → höhere Absorptionsrate, da mehr Luft gestreut und absorbiert werden kann

Folie 14

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5
Q

Streuungs- uns Absorptionseffekte in der Atmosphäre

A
  • Rayleigh-Streuung
  • Mie-Streuung
  • Gasabsorption
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6
Q

Rayleigh-Streuung

A

Streuung an Molekülen, die kleiner als die Licht-Wellenlänge sind.

→ Durch Wellenlängenabhängigkeit wird blaues Licht stärker gestreut als rotes, darum erscheint der Himmel mittags blau und abends rot

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7
Q

Mie-Streuung

A

Streuung an Molekülen, welche größer als die Licht-Wellenlänge sind

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8
Q

Gasabsorption

A

Gase und Wasserdampf in der Atmosphäre werden durch verschiedene Wellenlängen des gerichteten Sonnenlichts angeregt und emittieren anschließend das absorbierte Sonnenlicht in eine zufällige Richtung

→ Einzelne Gase absorbieren unterschiedliche Wellenlängenbänder, sind für eindeutige Linien im Spektrum verantwortlich

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9
Q

Reflexionsgrad (ρ)

A

Verhältnis zwischen reflektierte Strahlung und auftreffende Strahlung

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10
Q

Absorptionsgrad (α)

A

Verhältnis zwischen absorbierte Strahlung und auftreffende Strahlung

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11
Q

Transmissionsgrad (τ)

A

Verhältnis zwischen transmittierte Strahlung und auftreffende Strahlung

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12
Q

Emissionsgrad (ε)

A

Verhältnis zwischen emittierte Strahlung und auftreffende Strahlung

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13
Q

Absorption und Interaktion mit Materie

A

ρ, α, τ und ε sind stoff- und wellenlängenabhängig.

ρ + α + τ = 1 (100%)

Eine Oberfläche emittiert Strahlung proportional der 4. Potenz ihrer absoluten Temperatur

Folie 18

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14
Q

Absorption und Transmission in Standardsolar- und Antireflexglas

A

Standardsolarglas:

  • Reflexion (Oberfläche) 1%
  • Reflexion (im Glas) 4%
  • Absorption 1%
  • Transmission 91%

Antireflexglas:

  • Reflexion (Oberfläche) 1,5%
  • Reflexion (im Glas) 1,5%
  • Absorption 1%
  • Transmission 96%
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15
Q

Sieden des Wärmeträgers im Kollektor

A

Folie 21 Skizze

Phase 1: Flüssigkeitsausdehnung
Phase 2: Leerschieben des Kollektors
Phase 3: Sieden im Kollektor - Phase mit Sattdampf
Phase 4: Sieden im Kollektor - Phase mit Sattdampf und überhitztem Dampf
Phase 5; Wiederbefüllen des Kollektors

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16
Q

Standardsolaranlage mit Heizkessel für die Nachheizung

A

Skizze Folie 22

17
Q

Kollektorarten

A

Schwimmbadwassererwärmung (20-30°C):
- Absorber (Kunststoff)

Warmwasserbereitung / Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung:
- 20°C: Absorber
- Lufterwärmung: Luftkollektor, Standardkollektor, Hybridkollektor
- 40-90°C: Vakuumkollektor
     → Vakuumröhrenkollektor
          → direkt durchströmt: mit/ohne Reflektor
          → Heatpipe
          → trockene/nasse Anbindung
     → Vakuumflachkollektor
- 50°C: Flachkollektor
     → Vakuumflackkollektor
     → Speicherkollektor
18
Q

Kollektorbauformen

A

Unverglaste Kollektoren:

  • Kunststoffabsorber
  • Edelstahlabsorber

Flachkollektoren:

  • Standardflachkollektor
  • Vakuumflachkollektor (mit Abstandshaltern)
  • Luftkollektor

Vakuumröhrenkollektoren:

  • Komplettglasröhre
  • Standardröhre
  • CPC-Röhre
19
Q

Flachkollektor - Schnitt

A

Folie 25

20
Q

Prinzip der Vakuumwärmedämmung

A

Folie 27

21
Q

Absorberbauformen

A
  • Serpentinenabsorber (vollflächiger Absorber)
  • Rohrregister
    → vollflächiger Absorber, Harfenabsorber
    → Finnenabsorber, Doppelharfe
  • Kissenabsorber
22
Q

Wirkungsgradkennlinie eines Kollektors

A

Folie 32

23
Q

Kennwerte für Flachkollektoren

A

Optischer Wirkungsgrad > 0.8

k_eff-Wert < 3.5 W/(m2K)

Stagnationstemperatur: 150 bis 200°C

24
Q

Kennwerte für Vakuumröhrenkollektoren

A

Optischer Wirkungsgrad = 0,6-0,8

k_eff-Wert <= 1.5 W/(m2K)

Stagnationstemperaturen: 
- Heatpipe-Kollektoren: 130-150°C
- durchströmte Vakuumröhrenkollektoren: 
     → ohne Reflektor: 190-270°C
     → mit Reflektor: 270-350°C
25
Q

Fassadenkollektoren

Vor- und Nachteile

A

Nachteil: 30% weniger eingestrahlte Energie pro Jahr verglichen mit 45°-Neigung bei Südausrichtung.

Vorteile
+ hohe Einstrahlung während der Heizperiode
+ kein Einschneien der Kollektoren im Winter
+ geringe Einstrahlung im Sommer → keine Überhitzung der Kollektoren
+ gute Eignung für solare Kombisysteme

26
Q

Teiltransparente Fassadenkollektoren

Vorteile

A

Vorteile:
+ Multifunktionalität (Wärmegewinnung, Abschattung, Wärmedämmung, optische Transparenz)
+ bessere Integration der Technik in das äußere Erscheinungsbild des Gebäudes

27
Q

Schwimmbadabsorber

Vor- und Nachteile

A

Vorteile:
+ geringer Preis
+ einfache Konstruktion
+ hohe Wirkungsgrade bei kleinem ∆T

Nachteile:
- ungeeignet für Heizungsunterstützung

28
Q

Luftkollektor

Vor- und Nachteile

A

Vorteile:
+ kein Einfrieren, kein Sieden von Luft
+ kürzere Aufwärmzeiten
+ Leckagen unproblematisch

Nachteile:

  • großer Bauraum für Luftkanäle
  • Wärmespeicherung sehr aufwändig
29
Q

PV/T-Hybridkollektor

A

Kombination aus Solarthermie und PV

+ Kühlung der PV-Module erhöht Wirkungsgrad –> geeignet für Niedertemperatursysteme

30
Q

Photobioreaktor

A

Kombination aus Biomasse- und Wasserstofferzeugung

31
Q

Wirkungsgradkennlinien der verschiedenen Kollektorarten

A

Folie 45

32
Q

Thermische Verluste im Kollektor

A

Sie sind von der mittleren Temperaturdifferenz zwischen Absorber und Umgebung

Alternative Energietechniken (9 decks)

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