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Renewable Energy

Solarzellenpaneele oder Sonnenkollektoren?

Posted by Marcel van der Steen in Energy saving, Explanation, Solar energy Add comments

20140626_131259_artikelIn diesem Artikel erkläre ich wie ich eine Wahl getroffen habe zwischen Solarzellenpaneele (oder kürzer Solarpaneele, bringen elektrische Energie) und Sonnenkollektoren (bringen Wärme-energie).  Ich habe schön eine Wärmepumpe (Nutzung der Erdwärme mittels Wasser) und vielen raten mir an Sonnenkollektoren zu verwenden, damit die warmes Wasser machen wenn es viel Sonne gibt. Das Pufferfass wird so extra aufgewärmt durch warmes Wasser von den Kollektoren damit die Wärmepumpe keine (elektrische) Energie anwenden muss für Heizung. Dazu kommt noch dass für die Heizung warmes Wasser eine Wärmepumpe ein niedrigeres Leistungszahl hat weil die Temperatur des Wassers hoch sein muss (45 – 50 Grad).

Dieser Artikel macht einen Energie- und Kostenvergleich zwischen beide Forme von Energieerzeugung.

Lageskizze

Ich nimm wie Beispiel meine Dachoberfläche wo ich der übrig bleibenden Raum benützen will um Energie zu erzeugen.

Schuin_dak_artikel

Rauer Vergleich, Sonnenkollektoren (Wärmeröhre)

Aus dem Bild gib ich an wo ich noch eventuell Raum habe für Sonnenkollektoren. Meine Wahl ist dann für Sonnenkollektoren mit Wärmeröhre weil:

1) ich mag keine Flachkollektoren weil die sehr groß sind und ich kann die nicht selbst stellen auf dem Dach wegen hohes Gewichtes und größer Abmessungen.

2) die Wärmeröhren sind, wenn doppelwandig, so aufgebaut dass ich Vertrauen habe dass die lang leben sollen (mehr als 20 Jahren); das Vakuum ist so gemacht dass es sich befindet zwischen zwei Schichte von Glas (sind von einem Glasrohr) und nicht eine Isolation zwischen Kupfer und Glas was Spannungen gibt mit große Temperaturvariationen durch unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten. Nach (viele) Jahren wird das Vakuum verloren und dann ist die Wirksamkeit des Rohres viel weniger.

Ich habe ein Tabellenblatt gemacht worin ich angebe welche Kollektoren ich benützen kann auf meinem Dach und wie viel sie dann produzieren. In dem Tabellenblatt gibt es Erträge in GJ, die sind berechnet laut Norm EN 12975-2 (Thermal solar systems and components – Solar collectors – Part 2: Test methods –> Prüfungsmethoden). Ohne diese 144 Seiten durch zu lesen habe ich verstanden von der Firma solar2all dass es sich handelt um alle Energie in einem Jahr, davon ausgehende dass der Kollektor optimal positioniert ist (in Richtung südwärts).

zonnecollector_heatpipeVom Tabellenblat kann man sehen dass der Mittelwert um die 10 GJ liegt, und dass stimmt überein mit 2800 kWh thermisch. Achtung darauf dass es sich hier handelt um Brutto-ertrag, ohne Verluste. Ich werde diesen Punkt später beobachten.

Kosten des Systems sind wie folgt aufgebaut:

1) Sonnenkollektoren selbst, im Durchschnitt 2900 euro für genannte Systeme.

2) Controller, Temperatursensoren, 2x Pumpe oder 1x Pumpe und 3-Wege Umschaltventil (womit man umschalten kann zwischen Puffer für Warmwasser und Puffer für Heizungswasser, 22 mm Schlaug, hohe-temperatur Isolationsmaterial (zum Beispiel EPDM), Material zur Schutz des Isolationsmaterials (sonst werden Vögeln das Essen), Sicherheitsgruppe,  Membranausdehnungsgefäß, Glycoltester, Abfüllstation. Alles zusammen kostet einfach 1000 Euro. Übrigens ist das Regelsystem gar nicht so einfach; man will Wasser von 85 Grad kommende aus die Kollektoren und abhängig von der Einstrahlung der Sonne muss die Pumpe schneller oder langsamer laufen.

Rauer Vergleich, Solarpaneele (Elektrizität)

Man kann dem Bild schon sehen dass ich Solarpaneele habe. Dies sind 8 Paneele und lieferten letztes Jahr 1773 kWh weil das Maximalvermögen 1920 Wp ist (92 % des maximalen Vermögenswertes). Die Kosten dieser Anlage waren damals 3200 Euro. Ich habe denselben Lieferant (dbCom aus Best, Niederlande) ein Angebot machen lassen für mein Dach und das ergab folgendes:

REC250PE_BLK1) 10x Paneele REC 250PE BLK

2) 2x Steca 1800 Inverter (hat eine höhere Effizienz als der Frönius 20 den ich habe bei die ersten 8 Paneele)

3) 1x ein kleiner Inverter für 2x Paneele links und rechts vom Fenster

4) alle Montagematerialien für die Montage auf dem Schrägdach

Nur sechs Paneele kann ich stellen auf dem freien Teil unter am Dach, 4 unter die Dachkapelle und zwei neben des Dachfensters (ich habe 4 mehr bestellt und die liegen jetzt hoch auf das Dach oben die Dachkapelle (sieh Bild am Ende). Die Kosten dieses Systems waren 3950 Euro insgesamt, und ich nimm an dass für 6 Paneele (1500 Wp) ich denn 2370 Euro bezahle. Der jährliche Ertrag soll dann entsprechend eine vorsichtige Schätzung 0.85 * 1500 = 1275 kWh_elektrisch pro Jahr sein.

Zusammenfassung Vergleich

In einer Tabelle die oben genannte Dateien zusammengefasst:

System Energie/Jahr Kosten Notizien
Sonnenkollektoren 2800 kWh_th 3900 EUR Maximaler Ertrag, von thermischer Energie (*).
Solarpaneele 1275 kWh_el 2370 EUR netto Ertrag, von elektrischer Energie.

Es gibt zwei gewichtige Bemerkungen bei Sonnenkollektoren:

1) Maximaler Ertrag: man hat additionale Verluste wegen:

1) Verluste über die Schläuchen

2) Verluste wegen nicht sofort Nützen von Wasser mit hoher Temperatur im Puffer

3) Verluste wegen abschalten der Sonnenkollektor-Solaranlage wenn das Pufferwasser maximal heiß ist (80 Grad); das System stagniert. Dann wirkt die Pumpe nicht und steht das Wasser still; hohe Temperaturen erfolgen und entstehen im System. Glykol wird veralten und man muss das Glykol-Wassergemisch austauschen alle drei Jahren (extra Kosten).

Mir ist nicht bekannt um welche Kosten es geht, aber die Stagnationskosten scheinen mir die größten Kosten, und ich nimm an das solches nur im Sommer passiert. Ich kann dann Folgendes berechnen:

Mein Warmwasserverbrauch wird ungefähr 120 l pro Tag sein (2x duschen = 70 l, Warmwasserverbrauch in der Küche = 30 l und eine A+ Waschmaschine mit drei Wäsche pro Woche = 3×47/7=20 l, sieh u.a. auch diese Information auf dieser Webseite von solar2all). Nehmen wir an dass das Wasser 45 Grad war, dann ist die thermische Energie 120 l x 1000 g/l x 4.16 J/Grad x 45 Grad = 22.5 MJ = 6.2 kWh_thermisch pro Tag.

Ein 10 GJ System trägt pro Jahr 2800 kWh_thermisch ein, was 7.6 kWh pro Tag ist. Aber im Juli habe ich viel mehr Energie als im Januar und man kann das Unterschied untersuchen mittels der Rechenmaschine dieser solar2all Webseite. Benütze NASA Durchschnittswerte von den letzten 10 Jahren. Dann lassen sich die Erträge im Sommer berechnen und damit auch die Verluste. Dieses Tabellenblatt berechnet einen Verlust von 23 %.

Weitere Verluste sind durch die Schläuche und während Aufenthalt im Puffer. Ich weiß nicht genau wie viel dass sein könnte und weil ich den größten Verlust denke zu haben nimm ich weiterhin die Verluste insgesamt auf 23 %.

 2) thermische Energie ist was die Sonnenkollektoren eintragen

Die Solarpaneele liefern elektrische Energie. Das kann umgesetzt werden in thermische Energie, für sowohl Warmwasser als auch Heizungswasser. Meine Wärmepumpe ist eine Heliotherm HP08S10W-web und das Produktfaltblatt gibt die Leistungszahl als Funktion von Verdampfungstemperatur.

COP_waardes_Heliotherm_HP08S10W-web

Hierin steht auf der x-Achse die Verdampfungstemperatur und auf der y-Achse die Leistungszahl, obwol der Koeffizient der Performance (auf English COP). Wir rechnen mit einer durchschnittlichen Quellewassertemperatur von 7 Grad Celsius (diese Zahl kommt von Simulationen durchgeführt von den Spezialisten die zwei Borherlöcher gemacht haben von jedes 120 m tief) und eine Wassertemperatur von beziehungsweise 35 Grad für Heizungswasser und 50 Grad für Warmwasser. Dann gelten beziehungsweise folgende COPs: 6,8 und 4,2 (sieh auch nächstes Bild).

COP_waardes_Heliotherm_HP08S10W-web_COPvalues

Dass heißt dass eine elektrische Leistung von 1 kWh kann man umsetzen in eine thermische Leistung von beziehungsweise 6,8 kWh und 4,2 kWh!

Jetzt nochmals die Vergleichungstabelle aber jetzt mit allen Einheiten in thermischer Energie und den größten Verlust des Sonnenkollektors mit kalkuliert:

System Energie/Jahr Kosten Notizien
Sonnenkollektoren 2156 kWh_th 3900 EUR
Solarpaneele 5355 kWh_th – 8670 kWh_th 2370 EUR Niedrigster Wert ist bei nur Warmwasser von 50 Grad, und höchster Wert ist bei nur Heizungswasser von 35 Grad. Nimm den Durchschnittwert von 7000 kWh_th.

Es ist klar dass Solarpaneele viel mehr Energie eintragen als Sonnenkollektoren!

Schlussfolgerung und nachträgliche Betrachtung

Der Raum der frei ist auf meinem Schrägdach, in Richtung Süden, kann benützt worden für sowohl Sonnenkollektoren (thermisch) als auch Solarpaneele (elektrisch). Ich benütze weiterhin eine Wärmepumpe die wie Energiequelle ein Grundwassersystem hat (Wasser-Wasser Wärmepumpe). In diesem Fall liefern die Solarpaneele viel mehr Energie und Kostengünstiger als die Sonnenkollektoren.

Die Arbeitsmethode wie beschrieben in diesem Artikel kann man auch anwenden für seinen eigenen Fall, falls es ein Gaskocher betrefft, oder wenn das Haus nicht in Richtung Süden ist.

In meiner Situation liefert ein Sonnenkolllektorsystem von 3900 Euro um die 2156 kWh_thermisch wenn ein Solarpaneelesystem von 2370 Euro um die 7000 kWh_thermisch bringt. Daneben ist dieser viel einfacher auf zu bauen und braucht keine Wartung.

Und so sieht es jetzt aus: 8x REC 240 und 10 x REC 255 = 4470 Wp.

SolarPanels_dak_20140801_130955

 

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