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Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 1.

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1 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 1

2 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 2 Inhaltliche Gliederung Was ist Solarthermie? Aufbau einer solarthermischen Anlage Kosten und Nutzen Kassel 2050 – Schöne Aussichten?

3 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 3 Was ist Solarthermie? Solarthermische Anlagen versuchen, möglichst viel des eintreffenden Sonnenlichts zu absorbieren und als Wärme nutzbar zu machen.

4 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 4 Was ist Solarthermie? Die Sonne liefert genug Energie, um den weltweiten Bedarf problemlos decken zu können. Zudem ist sie praktisch unerschöpflich, kostenlos und die sauberste Energiequelle.

5 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 5 Solarthermische Anlagen

6 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 6 Solarthermische Anlagen Generell gibt es zunächst 2 Typen von solarthermischen Anlagen: Anlagen zur Brauchwassererwärmung Anlagen mit Heizungsunterstützung Der Einfachheit halber beschäftigen wir uns mit Ersterem. Anlagen mit Heizungsunterstützung sparen weitere ~10% der Heizkosten.

7 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 7 Solarthermische Anlagen Solarthermische Anlagen bestehen allgemein aus folgenden Komponenten: Kollektor Solarwärmespeicher Solarregler Solarkreislauf

8 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 8 Solarthermische Anlagen Kollektor: Der Kollektor wird auf dem Hausdach oder an der Fassade eines Hauses angebracht. Er heizt das Wasser im Solarkreislauf auf 60°- 80° auf.

9 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 9 Solarthermische Anlagen Kollektor: Bei einer Ausrich- tung nach Süden erreichen die Kollektoren max. Leistung. Der Wirkungsgrad liegt bei beachtlichen %.

10 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 10 Solarthermische Anlagen Kollektor: Es existieren ver- schiedene Arten von Sonnenkollektoren: Flachkollektoren Vakuum-Röhren-Kollektoren

11 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 11 Solarthermische Anlagen Flachkollektor: Der Flachkollektor wird hauptsäch- lich in Privathaus- halten eingesetzt. Er ist günstig und bietet ausreich- ende Leistung.

12 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 12 Solarthermische Anlagen Vakuum-Röhren-Kollektor: Diese Art von Kol- lektor bietet eine höhere Leistung pro m² Fläche und liefert Temperaturen von konstant >80° Grad. Er ist weniger wirtschaftlich als der Flachkollektor.

13 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 13 Solarthermische Anlagen Solarwärmespeicher: Solarwärmespeicher werden eingesetzt, um die über die Sonnenkollektoren gewonnene Wärmeenergie zu speichern (z.B. über Nacht).

14 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 14 Solarthermische Anlagen Trotz ihrer dicken Isolierung haben sie einen Wärmeverlust von 1-2 kWh pro Tag. Ein Speicher fasst üblicherweise 300 Liter Trinkwasser, das über Wärmetauscher durch den Solarkeislauf erhitzt wird. Solarwärmespeicher:

15 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 15 Solarthermische Anlagen Der Speicher wird zusätzlich mit einem konventionellen Heizsystem verbunden (z.B. Öl- oder Gasheizung), das automatisch zugeschaltet wird, wenn die Sonnenenergie nicht ausreicht. Solarwärmespeicher:

16 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 16 Solarthermische Anlagen Die Aufgabe des Solarreglers besteht darin, die Pumpe anzusteuern und die Temperatur des Wassers zu überwachen. Solarregler:

17 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 17 Solarthermische Anlagen Bei Anlagen mit Heizungsunterstützung wird außerdem die Temperierung des Heizungswassers gesteuert. Solarregler:

18 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 18 Solarthermische Anlagen Im Solarkreislauf zir- kuliert Wasser mit Frostschutzmitteln. Ein Ausdehnungs- gefäß kompensiert die Volumenänder- ungen der Flüssig- keit beim Erwärmen. Solarkreislauf:

19 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 19 Kosten und Nutzen Für Endverbraucher ist natürlich auch sehr wichtig, welche Kosten entstehen und welchen Nutzen man von einer solchen Investition erwarten kann.

20 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 20 Kosten und Nutzen Als anschauliches Beispiel haben wir ein Wohnhaus in Kassel mit 30 Mietern und 726 Litern Warmwasserverbrauch gewählt. Die nutzbare Dachfläche beträgt ~100 m².

21 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 21 Kosten und Nutzen Für unser Rechenbeispiel wählen wir 60m² Flachkollektoren, um die 726 Liter im Tagesschnitt decken zu können:

22 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 22 Kosten und Nutzen Die solare Deckungsrate beträgt im Jahresmittel etwa 70%, eine monatliche Aufschlüsselung sieht wie folgt aus:

23 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 23 Kosten und Nutzen Wenn die konventionelle Energiequelle eine neuere Erdgasheizung ist, reduzieren sich die Emissionen wie folgt:

24 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 24 Kosten und Nutzen Bei dieser Rechnung handelt es sich um eine Anlage zur reinen Brauchwassererwärmung. Die Kosten liegen bei ~700 Euro / m², also bei Euro für die gesamte Anlage.

25 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 25 Kosten und Nutzen Für einen 3 Personen Haushalt würden ~8m² ausreichen, um 70% Deckungsrate zu erzielen. Die Kosten inkl. Montage liegen bei etwa 6000 Euro für das gesamte System

26 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 26 Kosten und Nutzen Anlage für einen 3 Personen Haushalt:

27 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 27 Kosten und Nutzen Anlage für einen 3 Personen Haushalt:

28 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 28 Kassel 2050 – Schöne Aussichten? Wieviel Energie könnten wir 2050 durch solarthermische Anlagen einsparen?

29 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 29 Kassel 2050 – Schöne Aussichten? Kassel hat ca Wohngebäude Wir nehmen an, dass m² der Dachfläche jedes Hauses für eine Solaranlage geeignet seien...jeder Bürger im Schnitt 40m² Wohnraum hätte Warmwasser und Heizungsunterstützung benötigen 1m² Kollektoren pro 10m² Wohnraum

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31 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 31 Kassel 2050 – Schöne Aussichten? * 50m² = m² Dachfläche * 40m² = m² Wohnfläche Wir benötigen für Warmwasser und Beheizen im Schnitt 1m² Kollektorfläche für 10m² Wohnfläche: m² / 10 = m² Kollektorfläche

32 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 32 Kassel 2050 – Schöne Aussichten? Zur Verfügung stehen: m² Dachfläche Benötigt werden: m² Kollektorfläche Wir könnten also 70% des Warmwasserbedarfs und 10% der Heizkosten mit solarthermischen Anlagen decken, wenn ~ 55% der Dächer in Kassel mit solarthermischen Anlagen aufgerüstet würden.

33 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 33 Kassel 2050 – Schöne Aussichten? Ob sich eine solche Investition bei den aktuellen Preisen von ~700 Euro pro 1m² lohnen würde, ist allerdings fraglich: m² Kollektorfläche kosten in etwa: ============== Euro

34 Team Solarthermie: D. Landgrebe, F.Brede, M. Arnhold, C. Hanke, S. Vogel (Jacob-Grimm-Schule) Tutor: C. Woermann (Uni Kassel, Maschinenbau, upp) 34 Quellenangaben: solarwaerme.asp 13_denmark_germany_austria/ _kassel_wilhelmshohe_1.jpg


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