Erneuerbare Energien

Sonnenstrahlung in Wärme umwandeln

20. Juni 2023 Energieerzeugungstechnologien aus erneuerbaren Energiequellen - mit einer Solarthermieanlage Wärme aus Sonneneinstrahlung gewinnen.

#Solarthermie

Bei einer solarthermischen Anlage wird die Sonnenstrahlung direkt in Wärme umgewandelt. Die produzierte Wärmeenergie wird dann zur Warmwasserbereitung sowie zum Heizen in Gebäuden oder direkt für Produktionsprozesse verwendet.

Die Niedertemperatur-Solarthermie hat als erneuerbare Energiequelle ein enormes ungenutztes Potenzial. Solarthermie kann durch andere Wärmequellen gesichert und mit Speichersystemen für eine garantierte Versorgung kombiniert werden. Solarthermischen Anlagen können auf folgende Weise in die industrielle Prozesswärme integriert werden:

direkte Erwärmung eines Umlaufmediums (z. B. Speisewasser, Rückführung geschlossener Kreisläufe, Vorwärmen der Luft);
in Prozessen mit niedrigen Temperaturanforderungen;
als zusätzliche Quelle zum Vorwärmen von Speisewasser für Dampfkessel;
direkte Einbindung der Solarwärme in fossile Industriedampfkessel. Es gibt drei Gruppen von Solarthermie-Technologien:
Solare Luftkollektoren, die für die Lebensmittelindustrie geeignet sind, um die Trocknung auf Gas- und Ölbasis zu ersetzen;
Solarwassersysteme – es gibt zwei Arten, die auf Dächern von Industriegebäuden installiert werden: Vakuumröhrensolarkollektoren und Flachkollektoren;
Solarkonzentratoren (CSP), geeignet für die Stromerzeugung oder Hochtemperaturdampf für industrielle Prozesse.

Empfehlung zur Optimierung

Die durchschnittliche Ertragsspanne der installierten Solaranlage kann je nach Wirkungsgrad, den Witterungsbedingungen und der Ausrichtung der Solarkollektoren zwischen 350 und 400 kWh/Jahr/m² variieren. Bei der Installation einer solarthermischen Anlage müssen folgende Faktoren zur Optimierung bewertet werden:

Flächenverfügbarkeit für die Installation von Paneelen – auf dem Dach oder auf den dazugehörigen Bereichen,
die richtige Größe des Speichersystems,
den Betrag des Wärmebedarfs – tagsüber und abhängig von den Jahreszeiten,
der Wert des Neigungswinkels in Abhängigkeit von der Nutzung der solarthermischen Energie (Warmwasserbereitung, Integration des Heizsystems, industrielle Prozesse usw.).

Relevante technische Überlegungen	Der industrielle Wärmebedarf kann in drei Haupttemperaturbereiche unterteilt werden. Alle von ihnen können mit Solarenergie erreicht werden. Der niedrigste Temperaturbereich umfasst alles unter 80°C. Solarkollektoren können diese Temperaturen bewältigen und sind im Handel erhältlich. Der Mitteltemperaturbereich liegt zwischen 80°C und 250°C. Die Kollektoren, die diesen Wärmebedarf decken, sind zwar relativ begrenzt, existieren jedoch und stehen kurz davor, zu einer wettbewerbsfähigen kommerziellen Produktion aufzusteigen. Der höchste Bereich umfasst alles über 250°C und erfordert konzentrierte Sonnenenergie (CSP), um solche Temperaturen zu erreichen.
Wirtschaftlichkeit	Für konventionelle Flach- und Vakuumröhrenkollektoren liegen die Kosten in Europa zwischen 250 – 1.000 EUR/kW. Konzentrierte Systeme umfassen Parabolschüssel-Kollektoren mit Kosten zwischen 350 und 1.600 EUR/kW, Parabolrinnen-Kollektoren mit Kosten zwischen 5.500 und 18.000 EUR/kW und lineare Fresnel-Kollektoren mit Kosten zwischen 1.100 und 1.700 EUR/kW.
Energieeinsparungen	Solare Prozessheizsysteme können bis zu 20 – 30 % des Heizbedarfs einer durchschnittlichen Anlage decken.
Durchschnittliche Amortisationszeit	3 – 6 Jahre. Die Amortisationsdauer wird von mehreren Faktoren beeinflusst, die sich auf die Leistung der Anlage auswirken. Darunter fallen die Effizienz der Solarkollektoren, die korrekte Wartung und Reinigung sowie das eventuelle Vorhandensein eines Einspeisetarifs bei der Installation von solarthermischen Anlagen.
Emissionen	Je nach Standort kann eine 1,4 MWth-Anlage (2.000 m²) das Äquivalent von 1,1 MWhth/Jahr erzeugen, was einer Einsparung von etwa 175 MT CO₂ entspricht.
Vorteile für die Umwelt	Die Umweltvorteile ergeben sich aus dem geringeren Einsatz konventioneller Brennstoffe zur Wärmeerzeugung, wie z. B. fossile Brennstoffe für Heizkessel.
Nicht-Energievorteile (Mehrfachnutzen)	Vorteile für die Umwelt Mehr Wettbewerbsfähigkeit
Replizierbarkeit	Mittel Im Industriesektor wird diese Technologie hauptsächlich bei Trocknungsverfahren im Agrar- und Lebensmittelsektor, bei Waschprozessen sowie in Molkereien eingesetzt. Eine Anwendung im Dienstleistungssektor kann bei Hotels, Einkaufszentren, Wäschereien sowie Swimmingpools gefunden werden.

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