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Solarthermie

Solar unterstützte Klimatisierung des Technologiezentrums der Firma Festo AG & Co. KG in Esslingen

Die installierte Solaranlage verfügt über 290 Vakuumröhrenkollektoren mit einer Gesamt-Bruttokollektorfläche von 1.330 m². 58 Kollektoren haben eine Aperturfläche von 3 m² (CPC30) und 232 eine Apertur-/Kollektorfläche von 4,5 m² (CPC45). Insgesamt ergibt sich eine Gesamtaperturfläche von 1218 m². Die Kollektoren sind auf dem Sheddach eines Produktions- und Bürogebäudes montiert. Sie sind gegenüber der Horizontalen um 30° geneigt und weichen in ihrer Ausrichtung um 18° nach Westen von der Südrichtung ab. Die CPC45-Kollektoren bestehen aus 21 Vakuumröhren, von denen je drei in Reihe geschaltet sind. Jeweils ein CPC30-Kollektor und 4 CPC45-Kollektoren sind in Reihe geschaltet und bilden einen Kollektorstrang. Um eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Kollektorfeldes zu erreichen, wird der „kalte“ Vorlauf über eine zentral angeordnete Zulaufleitung auf die Kollektorstränge verteilt. Das durch die eingestrahlte Sonnenenergie in den Kollektoren erwärmte Heizwasser wird aus jedem Kollektorstrang in einem im Kollektorfeld mittig angeordneten Rücklaufsammler zusammengeführt und über den Kollektorkreis direkt in zwei Pufferspeicher gepumpt. Die Speicher besitzen ein Volumen von jeweils 8.500 Litern und sind in Reihe geschaltet.

Aus den Speichern wird die solare Wärme im Sommer über den Heizungsverteiler zum Technologiezentrum gepumpt und gelangt von dort zur Kälteanlage. Mit drei Kältemaschinen des Typs MYCOM ADR-100, die je eine Nennleistung von 353 kW haben, betreibt die Festo AG & Co. KG die momentan größte Adsorptionskälteanlage der Welt. Mit der erzeugten Kälte werden 26.760 m² Bürofläche sowie drei Atrien mit 2.790 m² klimatisiert. Vor der solarthermischen Erweiterung wurden die Kältemaschinen mit Abwärme von Kompressoren und Wärme aus Erd-gas-Kesseln betrieben. Seit Inbetriebnahme der Solaranlage liefern die Kollektoren als dritte Wärmequelle einen Teil der Antriebswärme für die Adsorptionskälteanlagen. Hierdurch wird der Primärenergie-Einsatz reduziert und die Energiekosten gesenkt.

Die Speicher in dieser Anlage puffern die Wärmemenge für einen Arbeitszyklus einer Adsorptionskältemaschine. Beim Be- und Entladevorgang sind die Pufferspeicher in Reihe geschaltet. Im Winter, wenn keine Kühlung erforderlich ist, wird die solar erzeugte Wärme auf Niedertemperaturniveau direkt für die Betonkernaktivierung des kürzlich erstellten Büro-Neubaus genutzt.

Als Besonderheit der Solaranlage zirkuliert im Kollektorkreis ausschließlich Wasser. Durch eine Frostschutzschaltung wird verhindert, dass das Wasser im Winter einfriert. Vorteile dieses „Nur-Wasser-Systems“ sind u. a., dass der Wärmeübertrager zwischen Kollektorkreis und Speicherkreis entfällt und die Wärmekapazität von Wasser höher ist als von einem Wasser/Glykol-Gemisch.

Bei einer Adsorptionskältemaschine wird zur Kälteerzeugung wie bei einer Kompressionsmaschine im Verdampfer Flüssigkeit (hier Wasser) verdampft und die dafür benötigte Verdampfungsenthalpie dem Kaltwasserkreislauf entzogen und somit gekühlt.

Damit das Wasser schon bei niedrigen Temperaturen in ausreichender Menge in die Gasphase über geht, wird in der Kältemaschine ein starker Unterdruck erzeugt. Das verdampfte Kältemittel lagert sich am Adsorptionsmittel (Silikagel) an. Die dabei frei werdende Kondensationswärme muß über eine Rückkühlung abgeführt werden.

Ist das Silikagel mit Wasser beladen wird die Kammer in den Desorptionszyklus geschaltet. Hierbei wird das Silikagel auf 55°C – 90°C erwärmt und das Wasser desorbiert vom Silikagel und wird im Kondensator der Kältemaschine wieder in die flüssige Phase überführt.

Der Kondensator muß ebenfalls zum Abführen der Kondensationswärme rückgekühlt werden. Das kondensierte Wasser wird wieder dem Verdampfer zugeführt, womit der Kreislauf des Kältemittels geschlossen ist. Um einen kontinuierlichen Betrieb der Kältemaschine zu gewährleisten sind zwei Sorptionskammern notwendig, die sich abwechselnd im Adsorptions- und Desorptionszyklus befinden.

 

Vereinfachtes Hydraulikschema der Solaranlage in Esslingen

Kennwerte der Solaranlage

Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Daten der Solaranlage der Festo AG & Co. KG.

Projektdaten
Kollektor-/Aperturfläche1330 m² / 1218 m²
KollektorenCPC-Vakuumröhren
Pufferspeicher2 x 8.500 l
Wärmeübertragerentfällt
Ausrichtung / NeigungSüd +18° / 30°
Garantierter solarer Ertrag500 MWh/a

 

Das folgende Pdf-Dokument gibt detailliert Aufschluss über alle Anlagenkennwerte der Solaranlage der Festo AG & Co. KG. Dazu zählen die Kollektoren, die Verrohrung und der Wärmeträger im Kollektorkreis.

Messtechnik

Das folgende Messstellenschema zeigt die jeweiligen Mess- und Regelfühler des Systems. Die Regelfühler sind zwingend zur Funktion des gesamten Systems notwendig, die Messfühler dienen zur erweiterten Funktionskontrolle der Solaranlage.

Messstellenschema der Solaranlage der Festo AG & Co. KG

DATAPOOL bietet Zugriff auf unsere Messdaten-Server

Über unsere Seite DATAPOOL haben Sie Zugriff auf ausgewählte Daten der Solaranlage. Nutzen Sie verschieden Darstellungen wie Liniengraphiken, Carpetplots oder Scatterplots.

Die Solaranlage Esslingen finden Sie auf der Seite Datapool im Bereich Solarthermie.

Im Schema oben bzw. hier sind die einzelnen Messpunkte im Datapool verzeichnet.

Es empfiehlt sich aber außerdem die Messstellenliste hinzuzuziehen. Diese finden Sie hier.

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