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Solarthermie

Solarthermie

Solarthermie besteht darin, die Energie der  Sonne  zu nutzen, um sie auf ein Medium zu übertragen, das Wärme transportiert, normalerweise Wasser oder Luft. Es ist eine Form erneuerbarer, nachhaltiger und umweltfreundlicher Energie. Diese Art der Energieerzeugung kann in Haushalten und kleinen Anlagen, aber auch in großen solarthermischen Kraftwerken angewendet werden.

Unter den verschiedenen Anwendungen dieser erneuerbaren Energiequelle gibt es die Möglichkeit, Strom durch ein solarthermisches Kraftwerk zu erzeugen. Die gegenwärtige Technologie ermöglicht es, Wasser mit Sonnenstrahlung zu erwärmen, um Dampf zu erzeugen und anschließend elektrische Energie zu gewinnen. Obwohl die thermodynamische Leistung im Vergleich zu anderen Systemen nicht sehr hoch ist, ist der Kraftstoffpreis gleich Null.

Funktionsprinzip eines solarthermischen Kraftwerks

Das Funktionsprinzip dieser Art von Sonnenstrahlung ist sehr ähnlich, es gibt zwei Hauptanwendungen der Solarthermie. In diesen solarthermischen Kraftwerken wird die Sonnenstrahlung an einem Punkt konzentriert, um Dampf zu erzeugen. Mit Dampf wird eine an einen elektrischen Generator angeschlossene Dampfturbine aktiviert. Der elektrische Generator ist für die Umwandlung von mechanischer Energie in Elektrizität verantwortlich. Der Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks ist dem eines thermischen Kraftwerks oder eines Kernkraftwerks sehr ähnlich. Der Unterschied liegt in der Erzeugung von Wärme zur Gewinnung von Dampf. In einem Wärmekraftwerk stammt die Wärme aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe (üblicherweise Kohle), in einem Kernzentrum wird die Wärme durch Spalten des Kerns von Uranatomen gewonnen und schließlich

Solarthermische Energiekollektoren sind für die Erfassung der Wärmeenergie der Sonnenstrahlung verantwortlich. Diese Solarkollektoren werden je nach Arbeitsweise in Niedertemperatur-, Mittel- und Hochtemperaturkollektoren eingeteilt.

  • Niedertemperaturkollektoren. Sie liefern Nutzwärme bei Temperaturen unter 65 Grad Celsius.
  • Kollektoren mit mittlerer Temperatur. Dies sind die Geräte, die Sonnenstrahlung bündeln, um Nutzwärme bei einer höheren Temperatur, üblicherweise zwischen 100 und 300 ° C, abzugeben.
  • Hochtemperaturkollektoren. Sie arbeiten bei Temperaturen über 500ºC. Sie werden zur Stromerzeugung eingesetzt.

Das Grundschema einer solarthermischen Energieanlage lautet wie folgt:

Grundschema einer solarthermischen Anlage

Eine Solarthermieanlage besteht aus mehreren Systemen:

Sonnenstrahlungssammelsystem

Das Sonnenstrahlungssammelsystem besteht aus miteinander verbundenen Sonnenkollektoren. Die Funktion dieser Paneele besteht darin, Sonnenenergie einzufangen, um sie in Wärmeenergie umzuwandeln und die Temperatur der Flüssigkeit zu erhöhen, die durch die Anlage zirkuliert. 

Es gibt eine große Anzahl von Sonnenstrahlungssammelsystemen. Die Wahl des einen oder anderen Systems hängt hauptsächlich davon ab, ob es sich um solarthermische Anlagen mit niedriger, mittlerer oder hoher Temperatur handelt.

Unter den verschiedenen Solarsammelsystemen heben wir hervor:

  • Der flache Sonnenkollektor. Es ist der am weitesten verbreitete Sonnenkollektor, Temperaturerhöhungen von 60 Grad Celsius sind kostengünstig möglich. Es wird in thermischen Niedertemperatur-Solaranlagen eingesetzt.
  • Solarthermiekollektoren nicht verglast. Es ist beispielsweise üblich, Poolwasser zu erhitzen. Der Temperaturanstieg ist gering und liegt bei 30 Grad Celsius. Sie sind billiger als flache Sonnenkollektoren.
  • Solare Vakuumkollektoren. Sie bestehen aus Metallrohren, die das Metallrohr abdecken, in dem sich die Arbeitsflüssigkeit befindet, und zwischen denen eine Kammer verbleibt, die als Isolator fungiert. Sie haben eine sehr hohe Ausbeute, aber auch hohe Kosten.
  • Sonnenkollektoren mit Strahlungskonzentrationssystemen. Sie werden für Installationen verwendet, die höhere Temperaturen erfordern. Verwendet werden Paneele in parabolischen oder halbzylindrischen Formen.
  • Solarthermische Kollektoren mit Nachführsystemen für den Sonnenstand. Ihre Position und Neigung variiert im Laufe des Tages, um eine Position senkrecht zur empfangenen Sonnenstrahlung aufrechtzuerhalten.

Solarthermisches Energiespeichersystem

Diagramm einer Solarwärmeanlage in einem HausEin solarthermisches Energiespeichersystem besteht aus der Speicherung der Wärmeenergie in einem Speichertank zur späteren Verwendung. Das durch das Sammelsystem gewonnene heiße Wasser wird an den Ort gebracht, an dem es verwendet wird.

Gespeichertes heißes Wasser kann direkt verwendet werden, wie dies beim Erwärmen des Wassers eines Pools, bei Warmwasseranwendungen oder beim Heizbedarf der Fall ist.

Da der Moment des Warmwasserbedarfs nicht immer mit dem Moment übereinstimmt, in dem genügend Strahlung vorhanden ist, müssen die Sonnenstunden optimal genutzt werden, um Wärmeenergie in Form von Warmwasser zu speichern.

Das thermische Energiespeichersystem besteht aus einem oder mehreren Warmwasserspeichern. Die Größe der Speicher muss proportional zum geschätzten Verbrauch sein und den Warmwasserbedarf für ein oder zwei Tage decken.

Solarthermisches Energieverteilungssystem

Sobald die Sonnenkollektoren das Wärmeträgermedium (Wasser oder Luft) durch Erhöhen seiner Wärmeenergie erwärmt haben, können wir diese Wärmeenergie auf andere kühlere Quellen übertragen.

Dieses System umfasst alle Elemente, die für die Verteilung des Wärmeträgermediums und die Konditionierung des Verbrauchs bestimmt sind: Steuerung, Rohre, Ausdehnungsgefäße, Pumpen, Fallen, Ventile usw. Teil dieses Systems ist auch das Unterstützungssystem auf Basis konventioneller Energie (Elektro-, Gas- oder Dieselkessel), das erforderlich ist, um mögliche Ausfälle aufgrund fehlender Sonneneinstrahlung zu verhindern und Nachfragespitzen zu bewältigen.

Konventionelle Energieunterstützungssysteme

Solarthermische Energieanlagen benötigen herkömmliche Unterstützungssysteme, um den Mangel an Sonnenstrahlung oder einen größeren Verbrauch zu berücksichtigen. In den meisten Fällen, sowohl bei Installationen in Einfamilienhäusern als auch in Wohngebäuden, sind Solaranlagen darauf ausgelegt, Haushalte mit 60-80% des Warmwasserbedarfs zu versorgen, wenngleich in Gebieten mit starker Sonneneinstrahlung überall im Jahr Jahr ist der Beitragsprozentsatz in der Regel höher.

Diese Energieunterstützungssysteme können aus verschiedenen Quellen stammen. Wenn die Anlage an das Netz angeschlossen ist, kann die Stromversorgung des Elektrizitätsunternehmens selbst genutzt werden. In anderen Fällen können andere erneuerbare Energiequellen (Windenergie oder Wasserkraft, sofern die Bedingungen dies zulassen) oder nicht erneuerbare Energiequellen verwendet werden. Nicht erneuerbare Energiequellen können aus fossilen Brennstoffderivaten (Öl, Kohle oder Erdgas) gewonnen werden, in einigen Anlagen werden Pellet- oder Biomassekessel eingesetzt.

In den Monaten mit der geringsten Sonneneinstrahlung werden 60% des Energiebedarfs nicht gedeckt. Im Gegenteil, in den Sommermonaten werden praktisch 100% von ihnen erreicht. Ziel der solarthermischen Anlagen ist es daher, je nach geografischem Gebiet mindestens 60% des jährlichen Energiebedarfs zu decken.

Um mehr als 60% oder 70% der Solarthermie pro Jahr abzudecken, müsste ein sehr großes Solarfeld angelegt werden, was zu extrem hohen Kosten führen würde, die niemals amortisiert würden. Darüber hinaus würde eine so große Solarthermieanlage in den Monaten der größten Sonneneinstrahlung einen Produktionsüberschuss verursachen, der nicht genutzt werden könnte und der zu Überhitzungsproblemen in der gesamten Anlage führen würde.

Aus diesem Grund sind die Einrichtungen, die am besten funktionieren und vorher rentabel sind, diejenigen, die das ganze Jahr über Warmwasser benötigen, im Winter heizen und im Sommer oder sogar das ganze Jahr über ein Schwimmbad haben.

Wirtschaftliche und soziale Aspekte einer solarthermischen Energieinstallation in einem Haus

Die Anfangsinvestition einer solarthermischen Anlage wird im Vergleich zu einer herkömmlichen Energieversorgungsanlage höher sein. Andererseits sind die Betriebskosten der Solarthermieanlage während ihrer mehr als 25-jährigen Lebensdauer im Vergleich zum Kauf von Brennstoff oder elektrischer Energie, Reparaturen, Wartung usw. unerheblich. mit dem konventionellen Energiesystem verbunden.

Einer der Vorteile der Sonnenenergie liegt im wirtschaftlichen Teil: Die gesamte Energie, die wir mit solarthermischen Kollektoren aus der Sonne gewinnen, wird Energie sein, die wir zur Erzeugung (Verbrennung von Brennstoff in einem Heizkessel) oder zum Verbrauch (aus dem Elektrizitätsnetz von) benötigen Verteilung). Eine solarthermische Energieanlage profitiert über die Jahre, da die Energieeinsparungen in wirtschaftlichen Einsparungen realisiert werden. Im Laufe der Jahre können wir durch wirtschaftliche Einsparungen die Installationskosten amortisieren. Diese Amortisation kann zwischen 5 und 12 Jahren liegen, abhängig von der Größe der Anlage, dem vollständig verlorenen Hilfsmittel, dem Aufstellungsort (mehr oder weniger Sonneneinstrahlung) und den Bedürfnissen des Benutzers.

Bei der Installation dieser Solarthermieanlagen in neu gebauten oder sanierten Häusern kann von einer sofortigen Abschreibung ausgegangen werden. Der Anstieg, der den Gesamtpreis des Hauses darstellt, ist sehr gering; Der Betrag, der für diese höheren Kosten in einem Hypothekendarlehen jedes Jahr gezahlt wird, ist geringer als der Betrag in Euro, der die niedrigsten Kosten für Gas oder Diesel darstellt.

Wir zeigen die Hauptvorteile der Solarthermie auf:

  • Wirtschaftliche Vorteile. Aus den gleichen Gründen muss das konventionelle System weniger Kraftstoff (aus fossilen Brennstoffen oder Biomasse) verbrauchen, was für den Benutzer geringere jährliche Kosten bedeutet. Darüber hinaus ist Solarenergie unabhängig von konventionellem Brennstoff und dessen Versorgung, da sie mit jedem konventionellen System kompatibel ist und unabhängig von der Schwankung des Brennstoffeinkaufspreises.
  • Umweltvorteile, da die Energieerzeugungssysteme haben konventionell sehr wichtige Umweltkosten (CO 2 , Klimawandel, Gewächshaus, Abfall, nuklearer Abfall, saurer regen, etc.) in Bezug auf den Solaranlagen. Durchschnittlich kann ein m 2 Solarthermiekollektor die Emission von einer Tonne CO 2 in die Atmosphäre pro Jahr vermeiden .
  • Einfache Wartung Die Nutzungsdauer der Solarthermieanlagen liegt bei über 25 Jahren, und die Wartung, die erforderlich ist, obwohl sie erforderlich ist, ist viel weniger wichtig als bei herkömmlichen Systemen.

Einer der Nachteile der Solarthermie besteht jedoch darin, dass die Installation des gleichen herkömmlichen Systems erforderlich ist, wie es der Fall wäre, wenn keine Solarkollektoren installiert würden. Manchmal ist die Montage in bestehenden Gebäuden problematisch, da auf Projektebene keine Prognosen vorliegen.

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Geändert am: 12. September 2019