Administrator

Moin Herbert,

Willkommen im Forum

und ein erfolgreiches, gesundes neues Jahr 2018!

Es ist erfreulich, dass du schon mal praktische Versuche gemacht hast. Ein Großbauprojekt muss gut durchdacht werden, hier ein Beispiel:

http://www.copy-net.de/Solar/Solar_neu.html

Der Erbauer hat seine Erfahrungen dort veröffentlicht, bei dem großen Kollektor gab es anfangs einige Temperaturprobleme (Überhitzung).

Mehr Infos:

https://www.trubadu.de/fassadenkollektor.php

Im nachfolgenden Thread stehen viele Informationen, an dieser Stelle hatte alles hier im Forum in Sachen Solar - Luftkollektor angefangen:

http://www.mahnecke.de/Black300-Forum/th...28&thread=1
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Grüße von
Rainer
(Sandy)
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Administrator

Um festzustellen, ob eine extra Isolierung sinnvoll ist oder nicht, müssten zwei Kollektoren aufgebaut werden (einmal mit und einmal ohne Isolierung) und dann unter gleichen Bedingungen arbeiten. Bei meinen Versuchen vor dem Bau meines Kollektors kam ich zu dem Ergebnis, dass Siebdruckplatte von sich aus eine guten Isolationswert hat.
In Sachen schwarzer Farbe war ich ebenfalls sparsam, so ließ ich das Gehäuse einfach in der braunen Farbe der Siebdruckplatte. Schwarz ist lediglich das Fiberglasnetz im Kollektor.

Noch mal eine Frage: Wie groß planst du dein zukünftiges Projekt (m²)?

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Grüße von
Rainer
(Sandy)
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Hallo Rainer und Joachim,

danke für eure Rückmeldung.

@Sandy:
Ich gebe Dir auf jeden Fall recht, dass nur ein direkter Vergleich zeigt, wie viel Isolation (und wenn es nur die Siebdruckplatte ist) nötig ist. Bei meinem Versuchsaufbau würde ich deswegen gern zwei identische Kollektorbahnen aufbauen, bei denen man verschiedene Ausstattungen ändern kann. Ich hoffe dass ich die Zeit dazu habe. Falls Du damals bei Deinen Vorversuchen Vergleichswerte ermittelt hast (und noch greifbar hast) würde mich interessieren, wie groß die Unterschiede waren?
Bei der braunen Farbe denke ich auch, dass der Unterschied zu schwarz nicht allzugroß ist.
Die Größe meiner Anlage steht noch nicht ganz fest. Sicher ist, dass es eine Ostfläche und eine Westfläche geben wird, da die Firstausrichtung nach Süden ist :-(. Je Seite sollen es 20 bis 30 qm werden.

@Auerpauer:
Nee, das passt gut. Nachfolgend stell ich das einfach mal zur Verfügung, was ich zum Thema diffuse Strahlung ausgegraben habe.


Aber vorher vielleicht noch einen Nachtrag zur Solarstrahlung:
Beim Deutschen Wetterdienst (DWD) habe ich endlich mal gefunden, wie hoch die einzelnen Strahlungsanteile im Mittel sind:
Ultraviolettstrahlung (0,29µm bis 0,4µm) = 7% Anteil an der Globalstrahlung in Bodennähe
Sichtbare Strahlung (0,4µm bis 0,73µm) = 42% Anteil "
Infrarotstrahlung (0,73µm bis 4µm) = 49% anteil "
Also ist der Wärmeanteil im Vergleich zum sichtbaren Licht doch ganz schön hoch.
Je qm kommen an der Obergrenze der Atmosphäre 1367W +-3,3% an, davon bleiben in Bodennähe max. etwa 1000 W übrig (was bekannt sein dürfte), die sich in die obigen Frequenzbereiche aufteilen.

Ebenfalls beim DWD habe ich weitere interessante Daten gefunden, die die Bedeutung von diffuser und direkter Solarstrahlung etwas transparenter machen. Danach hatte ich schon länger gesucht.

Unter https://www.dwd.de/DE/leistungen/solaren...u.html?nn=16102 kann man beim DWD nachträglich kostenlos für jeden Ort in Deutschland nachsehen, welche realen Einstrahlungswerte für jeden Monat gemessen wurden. Das kann für die Abschätzung der Effizienz der eigenen Kollektoren schon interessant sein. Der DWD gibt auf diesen Seiten auch für diffuse und direkte Strahlung getrennte Daten heraus. Womit wir beim Thema wären.
Der Anteil der direkten Strahlung beträgt also demnach generell im Sommer etwa 3/4 der Gesamtstrahlung, im Winter jedoch nur noch etwa 1/3. Direkte Strahlung ist der Anteil, der direkt von der Sonne zum Kollektor gelangt. Die diffuse Strahlung ist der Anteil, der durch Reflektion und Brechung in der Atmosphäre mit abweichendem Einfallswinkel auf den Kollektor trifft.

Wenn man sich die Monatsdaten für diffuse Strahlung für 2017 ansieht, stellt man fest, dass der Anteil der diffusen Strahlung in den Monaten Jan., Feb., April, Sep., Okt., und Nov. (Dez. noch nicht verfügbar) mehr als die Hälfte der Strahlung ausmacht, im November 2017 sogar fast 70%.
Das heißt, dass die Strahlung dann weitestgehend ungerichtet auf den Kollektor fällt und nicht vom Stand der Sonne abhängig ist. Dummerweise fällt das genau in die Monate, wo wir möglichst viel Energie ernten wollen. Bei direkter Sonneneinstrahlung kommt auch aus schlechteren Kollektoren was raus, aber der größere Anteil liegt in der diffusen Strahlung.

Wenn man es schafft, bei diffuser Strahlung dann auch noch Energie zu gewinnen, müsste sich der Jahreswirkungsgrad erhöhen lassen. Leider habe ich keine wirklich zuverlässigen Daten gefunden, wie viel Leistung sich in der diffusen Strahlung versteckt, wenn die Sonne nicht zu sehen ist. Aber diverse Quellen gehen etwa von 50W bis 400W je qm aus. Bei 50W dürfte kaum was zu machen sein aber bei 200W sehe ich noch gute Chancen (falls jemand hierzu bessere Daten hat, bitte ich um Rückmeldung).

Meine Schlussfolgerungen daraus sind, dass man u. U. nicht unbedingt nur auf die direkte Sonneneinstrahlung schielen darf, sondern den Kollektor für tiefe Temperaturen und niedrige, diffuse Einstrahlungswerte optimieren sollte. Ein gutes Beispiel ist glaube ich der nicht abgedeckte Blechkollektor von High5 der im Sommer schön heiß wird aber bei kalten Temperaturen nichts mehr bringt (wenn ich das noch richtig im Kopf habe). Was nicht meine Anerkennung für den Aufbau von High5 schmälern soll. Eine weitere logische Schussfolgerung ist für mich, dass ein Kollektor bei diffuser Strahlung dann am meisten einfängt, wenn er auf den hellen Teil des Himmels gerichtet ist (und nicht etwas zum Großteil einen Wald "sieht"). Ich weiß, das widerspricht teilweise der Auffassung, dass im Winter der Kollektor steil ausgerichtet sein sollte (was ja für direkte Strahlung durchaus richtig ist).
Ich möchte aber betonen, dass das nur dann was bringen kann, wenn der Kollektor bei diesen Bedingungen in der Lage ist Warmluft in die Räume abzugeben.

Im nächsten Beitrag will ich deswegen auf den Aufbau des Kollektors eingehen und versuchen zu zeigen, wo ich Möglichkeiten zur Verbesseung sehe.

Bis dann

Herbert

Administrator

Der Versuch war sehr einfach:
http://www.mahnecke.de/Black300-Forum/th...1&page=7#64


Die Bilder sendest du einfach an hermann@mahnecke.de. Es funktioniert gut, wenn du erst deinen Beitrag einstellst und einzusetzende Bilder einfach z.B. mit Bild 1 Bild 2 usw. bezeichnest.
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Grüße von
Rainer
(Sandy)
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Hallo Rainer,

ich kann mich jetzt erinnern von Deinem Temperaturtest gelesen zu haben. Der Testaufbau könnte da aber schon Einflüsse haben. Ich kann das nicht beurteilen, wie zuverlässig so ein Test ist. Aus meiner Erfahrung (mit der Isolierung meines Hauses) würde ich für sehr tiefe Temperaturen schon Verluste annehmen.

Zum letzten Beitrag wollte ich hier noch als Nachtrag ein Spektrum der Solarstrahlung nachfügen, bei dem man sieht, wie die Strahlungsanteile verteilt sind:

< Bild 1 > (Quelle: Physikerboard.de)


Hier wurde ja schon öfter diskutiert, welche Bauart der Kollektoren die geeignetste sei. Soweit ich das sehe, wurden die meisten Kollektoren hier im Forum als Flachkollektoren mit transparenter Abdeckung gebaut.

Kommerziell sind einfache Schwimmbadabsorber, Flachkollektoren mit transp. Abdeckung und Vakuumröhrenkollektoren wohl am meisten verbreitet (vorwiegend als Wasserkollektoren). Spezialausführungen lass ich hier mal aus der Diskussion raus. Allerdings möchte ich später noch mal auf eine Kombination mit PV-Modulen kommen, da sowas hier auch schon verbaut wurde. Die Diagramme, die ich nachfolgend verwende, sind in der Regel für Wasserkollektoren gemacht, gelten aber prinzipiell auch für Luftkollektoren.

< Bild 2 > (Quelle: DGS)


Wie das Diagramm oben zeigt, hat ein einfacher Schwimmbadabsorber auf den ersten Blick den höchsten Wirkungsgrad. Aber nur wenn die Temperaturdifferenz zwischen Außentemperatur und Austrittstemperatur der Luft nicht mehr als 10°C beträgt, ab dann sind der Flachkollektor bzw. der Röhrenkollektor im Vorteil (die Kurven gelten für die max Einstrahlung von Solarenergie im Sommer).

Sehr oft wurde hier auch (z. B. von Kap Horn und Sandy) zu recht angesprochen, dass die Temperatur der erhitzten Luft (oder die Stillstandstemperatur) nicht unbedingt das Maß aller Dinge ist, sondern auch die Luftmenge. Dem ist so.

Wenn man das Diagramm betrachtet, sieht man, dass der Absorber bis zu etwa 50°C Differenztemperatur schafft. Allerdings ohne Luftströmung. Wenn nun die Lüfterleistung erhöht wird, steigt die geförderte Energie mit dem Luftstrom an (Produkt aus Differenztemperatur zur Raumluft und der geförderten Luftmenge). Allerdings sinkt die Temperatur des Luftstroms gleichzeitig ab, weil mehr Luft von der gleichen Solarenergie erwärmt werden muss. Wenn die Temperatur des Luftstrom so weit abgesunken ist, dass sie der Raumtemperatur entspricht, wird keine Wärmeenergie mehr an die Raumluft abgegeben (nur noch temperierte Frischluft). Bei noch größerem Luftstrom wird der Raum sogar abgekühlt.
Es gibt also wie bei der PV so etwas wie einen MPP (Maximum Point of Power). Die geförderte Lufttemperatur muss irgendwo zwischen Raumtemperatur und Stillstandstemperatur des Kollektors liegen. Da meine mathematischen Fähigkeiten auf die Schnelle nicht ausreichen, um den genauen Punkt zu ermitteln, würde ich der Einfachheit halber mal sagen, er liegt etwa in der Hälfte zwischen den beiden Temperaturen.
Für den einfachen Absorber bedeutet das, dass die Differenz bei etwa 35-40°C liegt und der Wirkungsgrad etwa 30-40% beträgt. Wenn man jetzt aber bedenkt, dass das obige Diagramm für 100% der möglichen Solarenergie gilt, so kann man davon ausgehen, dass der einfache Schwimmbadabsorber für den Betrieb im Winter absolut nicht geeignet ist.

< Bild 3 > (Quelle: DGS)


Das zweite Diagramm zeigt (in diesem Fall für den Flachkollektor) die Abhängigkeit des Wirkungsgrades von der eingestrahlten Solarenergie. Der max. Wirkungsgrad beträgt etwa 85%. 15% gehen durch optische Verluste (wie z. B. Reflektion an der Oberfläche) verloren. Die Stillstandstemperatur liegt etwa bei 130°C.

Wie man sieht, ist die Stillstandstemperatur grob linear abhängig von der eingestrahlen Energie. Geht man nun von einer diffusen Strahlung von 200W/qm aus, so liegt die Stillstandstemperatur bei knapp 30°C. Nach obiger Vermutung, kann ich nun Warmluft mit optimal etwa 25°C erzeugen, bei einem Wirkungsgrad von etwa 10%. Das entspricht dann etwa 20W/qm, also so gut wie nicht mehr nutzbar.
Bei 400W/qm Einspeisung ist immerhin ein Wirkungsgrad von etwa 30% und somit etwa 120W/qm erreichbar.

Aus den obigen Betrachtungen wird eigentlich klar, dass ein Luftkollektor, der auch im Winter effektiv sein soll, eine möglichst hohe Stillstandstemperatur haben muss. Also die optischen Verluste sollten reduziert werden und die Verluste durch Konvektion und Wärmestrahlung.

Röhrenkollektoren wären hier sehr hilfreich, allerdings zu sehr hohen Kosten. Inzwischen habe ich aber erfahren, dass man aus China reine Absorberröhren für einige € bestellen kann, die auf beiden Seiten offen sind und somit für die Luftdurchleitung geeignet sind. Dazu vielleicht an anderer Stelle mehr.

Ich glaube auf jeden Fall, dass man einen Flachkollektor durchaus in diese Richtung trimmen kann, ohne dass die Kosten zu stark ansteigen.

Im denke, im nächsten Beitrag gehe ich aufgrund der vorherigen Ausführungen auf die Möglichkeiten ein, die beim Flachkollektor zur Verbesserung bestehen und welche Anforderungen an einen Lüfter gestellt werden sollten.

Bis dann

Herbert