Planung einer thermischen Solaranlage für Prozesswärmeerzeug

von **srinef** » 11.01.2011 15:52 Uhr

Hallo liebe Solar-Experten,

ich habe aktuell ein Problem bei der Planung einer Solaranlage zwecks Prozesswärmeerzeugung und bräuchte daher euer Rat!

Hier einige Details zu der geplanten Anlage:
- Die Leistung soll 5000 KW_th betragen
- Eintrittstemperatur= 75°C und Austrittstemperatur= 100°C
- Kollektoren "Porto Seguro V2.0" (Brazilien): 935x2000mm , wirkungsgrad=56%, Flow-rate: 1,2 L/min/m²
laut Hersteller liefert der Kollektor 144,9 kWh/Monat bzw 77,5 kWh/m²/Monat
- Die Anlage wird auf einer Freifläche gebaut

meine Fragen sind:
- Wie errechne ich die benötigte Kolektorfläche für die große Anlage: basierend auf die vom Hersteller monatliche gegebene Energieerträge oder erstmal Energieertrag mit meiner wetterdaten neu berechnen (Mittelwert der Solarstrahlung von 5,6kWh/m²/Tag beträgt)??

- Muss ich der Wirkungsgrad des Kollektors mit meiner Werte für die Anwendung neu berechnen?? (optischen Wirkungsgrad 0,741 gegeben)

- Was muss ich noch für die Kollektorfläche Berechnung noch beachten?

Es wär sehrnett, wenn ihr mir helfen könntet

Vielen Dank im Voraus.

von **Thomas Heufers** » 11.01.2011 17:06 Uhr

In der BINE-Projektinfo "Mit solarer Wärme Bier brauen" ist der Einsatz von Solarthermie als Prozesswärme beschrieben.
http://www.ecotec-energiesparhaus.de/fi ... -13-10.pdf
Auf der letzten Seite der Projektinfo sind die Projektadressen genannt, auf diesem Wege kannst Du die Projektteilnehmer/begleiter ausfindig machen, mit ihnen in Kontakt treten und gegebenenfalls Erfahrungen austauschen.

Viel Erfolg bei der Recherche!

Gruß

Thomas Heufers

Solaranlagen vom Hersteller:
Vorteile auf einen Blick

Paradigma Deutschland

von **axel_jeromin** » 11.01.2011 19:27 Uhr

Wozu brauchst Du 5000KW Energie bei einem so geringem Temperaturgefälle?

bei so einer Investion würde ich nie alleine auf die Herstellerangaben bauen. Die sind bestimmt auf brasilianischen Sonnenschein gerechnet.

Axel

von **srinef** » 12.01.2011 15:41 Uhr

Danke für die Antworte!
5000KW für Prozesswärmeerzeugung in Temberaturbereich 80 bis 110°C.
Die Anlage wird nicht in Deutschland gebaut sondern in Jeddah
(mittelwert der Solarstrahlung 5,6 kWh/m²/tag, mittelwert Sonnenscheindauer 8h50min)

Wie kann ich die Kollektorfläsche berechnen?
Ich habe verschiedene Methoden probiert vom Wirkungsgrad mit meiner Werte bis Volumenberechnung..... aber ich bekomme verschiedene Werte.

Übrigens: es ist kein Speicher benötigt, das Wasser fliesst durch Wärmertauscher dann zu einer Entsalzung Anlage...

MfG

von **axel_jeromin** » 12.01.2011 18:36 Uhr

Du brauchst die eingestrahlte Leisung pro Quadratmeter für Jeddah
In Deutschland sind das ungefähr 1Kw pro Quadratmeter

Diese Leistung mal Wirkungsgrade (man beachte die Mehrzahl)

von **srinef** » 12.01.2011 18:46 Uhr

mittelwert der Solarstrahlung 5,6 kWh/m²pro tag
mittelwert Sonnenscheindauer 8h50min

das entspricht ein Mittelwert von 644W/m² ( 5,6 kWh/m² geteilt durch 8h5omin)
oder muss ich mit dem maximalen Wert der Auftretenden Solarstrahlung???

der vom Hersteller gegebenen Wirkungsgrad beträgt 56%, (aber es sinkt auch mit Höheren Umgebungstemperaturen...)

Ich habe so gerechnet: 5000kW * 8h50 = 44166 kWh/tag
dann Kollektorfläche={44166 kWh/tag}/{0,56*5,6 kWh/m²} ergibt 14083m²

ist das Richtig???

von **axel_jeromin** » 13.01.2011 15:35 Uhr

Hallo srinef,
für den Mittelwert der Leistung ist Deine Rechnung richtig, aber....

Du brauchst zwingend die richtige Temperatur um die Entsalzungsanlage zu betrieben. Dass heißt, wenn morgens die Sonne noch flach steht fängt die Solaranlage zwar Enerie ein, aber die erzeugte Temperatur reicht nicht um sie in der Entsalzungsanlage zu nutzen.
Bei den Berechnungen der Solarpanelhersteller gehen die davon aus, dass die Energie in einen Schichtspeicher geht. Auch der angegebene Wirkungs ist irgend ein Mittelwert über den ganzen Tag.

Dass heißt, von den 8,5 Stunden Sonnenscheindauer geht einige Zeit ab wo die Sonne noch zu flach steht. Irgenwan am Tag fängt aber die Sonne an, so richtig auf die Panel zu scheinen. So um 10:00 Uhr wirst Du dann vieleicht die 5000KW aus Deinen 14.000m² Panel ziehen.

Wenn aber die Sonne schön senkrecht in der Mittagszeit genadenlos auf die Panel brät, wird die Anlage vielleicht auch 10.000KW abgeben. Dieser Leistungsüberschuss muss dann auch noch von der angeschlossenen Anlage oder von den Panel bewältigt werden.
Dann am Nachmittag kommst Du mit der Leistung wieder bei 5000KW vorbei und sie wird sinken je flacher die Sonne steht.

Die Überdimensionierung der Panelfläche lässt sich aber nicht vermeiden, damit die Anlage eine einigermaße ausreichende Betriebszit am Tag bekommt.

Im Internet gibt es Kurven über die Einstrahlungsleistung über die Stunden des Tages zu finden.

Axel

von **srinef** » 16.01.2011 15:36 Uhr

Danke!
Noch mehr zur Projekt: bei ausreichenden Solarstrahlung wenn 5000kw erreicht werden könnnten, soll das warmes Wasser (90 - 100°C) mittel ORC Anlage strom erzeugen. Bei flach stehenden Sonne soll das Wasser mit niedriger Temperaturen (bsp 35°C, wird noch abhängig von der Stufen der Entsalzungsanlage festgelegt) über Wärmetauscher in einer Entsalzungsanlage benutzt werden.

Ich denke ich werde die Kollektorfläche neu dimensionieren, so dass ich nur in der Berechnung auf die maximalen auftretenden Solarstrahlung zwischen 10 und 14uhr beziehe, in der Zeit wo Strom erzeugt werden könnte, und für die andere Zeit wo die Sonne scheint wird der Kollektorfeld die Entsaltzungsanlage unterstützen!

Ich gebe noch Bescheid wenn ich das berechnet habe, das ist nur noch eine Idee!
Ich bin auch offen für euer Tipps

mfg

von **axel_jeromin** » 17.01.2011 18:12 Uhr

>soll das warmes Wasser (90 - 100°C) mittel ORC Anlage Strom erzeugen.

ORC hin oder her, ohne ein genügend großes Temperaturgefälle kommt das nicht viel Leistung raus.

Wie soll die kalte Seite der Anlage gekühlt werden?

Axel

von **srinef** » 18.01.2011 13:07 Uhr

ja das warmes wasser wird über Wärmetauscher ein Arbeitsmedium verdampfen, das eine Mikroturbine treibt.
Der Wirkungsgrad ist 10 bis 12%.
Die Anlage ist auf basis einer Meereswasserkühlung...

Wie errechnet sich der Druck im Kollektorfeld? Ist das die Summe der Drücke im Teilfelder oder Kollektoren?

von **axel_jeromin** » 19.01.2011 16:51 Uhr

>Der Wirkungsgrad ist 10 bis 12%.

Ist das der Carnot-Wirkungsgrad oder der Gesamtwirkungsgrad? Kommt mir hoch angenommen vor.

>Wie errechnet sich der Druck im Kollektorfeld? Ist das die Summe der Drücke im Teilfelder oder Kollektoren?

Das warme Wasser soll doch über Wärmetauscher das Medium erwärmen, wozu ist da der Druck in den Kolleltoren wichtig?

Axel

von **srinef** » 28.01.2011 11:05 Uhr

NAchdem ich jetzt mit der Verschaltung und Komponenten auswahl fertig bin bleibt mir noch die Dimensionierung der Pumpe, ich bräuchte nur einen ungefähren Wert muss nicht genau mit der Pumpenleistung formel mit Druckverluste und volumen berechnet werden.
Dafür habe ich in viele Literaturen gelesen dass die Pumpenleistung ca 2% der Kollektorfeldleistung nicht überschreitet.
Ist es richtig wenn ich die Pumpenleistung = Kollektorleistung*0,02* Kollektorfeldfläche setze?
Was meinen Sie?

von **axel_jeromin** » 28.01.2011 17:17 Uhr

>Ist es richtig wenn ich die Pumpenleistung = Kollektorleistung*0,02* Kollektorfeldfläche setze?

Halte ich für eine gewagte Annahme. Was sagen denn die Datenblätter der gewählten Kollektoren?

Axel