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Wirkungsgrad

Der Solarspeicher (Wärmespeicher) und die Dämmung

18.10.2010 - JB - welche Energie kann in einem Solarspeicher gespeichert werden, und welchen Wirkungsgrad haben heutige moderne Solarspeichertypen? Welchen Einfluss hat die Dämmung, wie wichtig ist die Dämmung? Der Wärmespeicher einer Solaranlage (z.B. eines Wohnhauses) muss die im Wasser eingefangene (gespeicherte) Wärmeenergie (Sonnenwärme) möglichst lange halten können, also speichern können. Denn so wie fast jeder Stromspeicher (Akku, aufladbare Batt.) im Laufe der Zeit von alleine leerer wird, so sinkt auch die Temperatur des im Solarspeicher gespeicherten Wassers.

Funktionsprinzip des Solarspeichers

Die Solar(Thermie)Anlage auf dem Dach fängt die Wärmestrahlung der Sonne ein. Diese wird zunächst in einem eigenen Flüssigkeitskreislauf, welcher zum einen frostsicher ist, und zum anderen auch kochsicher ist, über einen Wärmetauscher in den Solarspeicher geleitet. Gesteuert wird so eine Anlage über eine Solarstation, welche über Microcontroller und Temperatursensoren entscheidet, ob Wasserpumpen (Umwälzpumpen) einen Wärmetauscherkreislauf starten. Der Solarspeicher ist im Prinzip nichts anderes, als ein mehr oder weniger großer Wasserbehälter. Um so größer dieser Wasserspeicher ist, und umso besser der Speicher isoliert ist, um so länger kann er um so höhere Temperaturen abgeben. Üblicherweise werden heute Solarspeicher mit rund 1000 Liter Volumen verwendet. Manchmal kann man auch kleinere Speicher verwenden. Hochmoderne "Sonnenhäuser", z.B. das Sonnenhaus in Hunteburg (siehe Link unten) verwenden Speicher mit bis zu 10.000 Liter Wasser!

Wieviel Energie wird gespeichert?

Damit die von der Sonne eingefangene Wärmeenergie zumindest eine gewisse Zeit (durchaus auch Tage und Wochen) auch dann zur Verfügung steht, wenn die Sonne gerade nicht scheint, muss der Speicher entsprechend groß sein und entsprechend gut isoliert sein. Wasser (das Speichermedium) hat eine Wärmespeicherkapazität von 4187 J/(kg·K). Ein J (Joule) ist eine Watt/sek. und somit sind 4187 Joule = 4187 Watt/sek. und weiter umgerechnet = 1,163 Watt/h. Ein Liter (= 1 kg) Wasser hat also pro Kelvin Temperaturdiff. (= pro Celsius Temperaturdiff.) eine Energiemenge von 1,163 Watt/h. Wenn wir als Beispiel also einen recht kleinen Solarthermiespeicher von 300 Liter verwenden, und diesen um 50 Grad Kelvin (= um 50 Grad Celsius) erwärmen, so haben wir eine Energiemenge von 1,163 W/h * 300 Liter * 50 Grad Celsius = 17445 Watt/h = 17,445 kW/h. Anders, und vielleicht verständlicher könnte man auch sagen, man braucht 17,445 kW/h elektrischen Strom, um mit einem Tauchsieder (oder einer vergleichbaren Technik) einen 300 Liter Wasserspeicher um 50 Grad Celsius zu erwärmen!

Und wieviel bekommt man wieder raus?

Sowohl beim "hereinspeichern" der Wärme, als auch beim "herausholen" entstehen Verluste. Leider entstehen alleine bei der Speicherung (keine Energie wird reingeladen, und keine Energie wird rausgeholt) ebenfalls Verluste, denn die Temperatur wird ja nicht dauerhaft gehalten, sondern wird - auch bei noch so guter Isolierung - abgekühlt. Wie stark der tägliche Wärmeverlust ist, hängt von der Oberfläche des Speichers ab. Pro Verdopplung der Speichermenge entsteht ca. 30% mehr Oberfäche, was der Grund dafür ist, dass ein doppelt so größer Speicher einen besseren Wirkungsgrad hat. Gute Solarthermiespeicher verlieren dennoch ca. 1 kW/h Energie pro Tag (24 Std.). In Abhängigkeit der Speichergröße (Menge des Fassungsvermögens in Liter) und in Abhängigkeit der Temperatur (umso höher die Temp. umso stärker der tägliche Verlust) kann man also ausrechnen, um wieviel Grad Celsius das Wasser im Speicher täglich abkühlt. Kleine Speicher (z.B. 300 Liter) verlieren je nach Umgebungstemperatur und je nach Speicherwassertemperatur min. 5 Grad pro Tag.

Zwischenbemerkungen / Notizen

Ergänzende Links