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2000-02: Solar-Luftsysteme

Realisierte Beispiele

Auf dem Dach des Delphinariums des Nürnberger Tiergartens hat die Energie-Agentur Mittelfranken e.V. (EAM) eine Solar-Luft-Anlage mit 235 m² Kollektorfläche errichtet, die Strom und Wärme erzeugt.

Solar-Luft-Anlage am Dephinarium im Nürnberger Tiergarten

Von Siegfried Schröpf*

Das Delphinarium bietet sehr gute Bedingungen für die Nutzung der Sonnenenergie. Durch die optimale Südausrichtung das Daches bei 51° Neigung sind hohe Erträge sichergestellt. Darüber hinaus ist der Tiergarten der ideale Ort, um einer breiten Bevölkerungsschicht eine Demonstrationsanlage dieser Größenordnung zugänglich zu machen.
Die Anlage ist das erste Contracting-Projekt mit der Stadt Nürnberg aus dem Bereich regenerativer Energien. Der Energiedienstleister, also die EAM finanziert und betreibt die Anlage. Die Investition refinanziert sich im wesentlichen aus der Energieeinsparung von rund 15.000 Litern Heizöl pro Jahr für die Lüftungsanlage, dem Stromertrag der Photovoltaikelemente und einer Contractinggebühr des Tiergartens. Ohne dieses Contractingmodell wäre der Tiergarten alleine nicht in der Lage gewesen, diese Investition in Höhe von insgesamt rund 250.000 Euro (inkl. Messtechnik) zu tätigen.

Abbildung 1: Auf einer Anzeigetafel werden für die Besucher des Tiergartens die aktuellen und kumulierten Energieströme visualisiert.

Der erzeugte Strom, ca. 10.000 kWh pro Jahr, wird in das öffentliche Netz der EWAG eingespeist und kostendeckend vergütet.
Die "reinen" Luftkollektoren und die PV/Luftkollektoren sorgen für eine Erwärmung der Frischluft und eine Reduzierung der Raumluftfeuchte. Die geforderte "Schwimmhallentemperatur" von 20°C und der 3,5 fache Frischluftwechsel pro Stunde eröffnet ein riesiges Potential zur Solarenergienutzung. Die jährlich eingesparten 15.000 Liter Heizöl decken etwa 15% des Heiz- bzw. Lüftungsenergieverbrauches des Delphinariums ab. Die Vermeidung von 50 Tonnen ₂-Emission kommt dabei nicht nur den Tiergartenbewohnern und -besuchern zugute.
Die aktuellen und kumulierten Energieströme werden auf einer 1,5 m² großen Anzeigentafel dem interessierten Publikum präsentiert. Etwas spektakulärer ist der begehbare und verglaste Luftsammelkanal, in dem sowohl die Wärme als auch die Luftmenge fühlbar gemacht wird. Dem unbedarften Besucher vermittelt ein 60 °C warmer Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s (knapp 20 km/h oder Windstärke 3) vielleicht mehr über die Kraft der Sonne als spröde Kilowatt und Kilowattstunden anzeigen können.

Abbildung 2: Bei der kombinierten PV/Luftanlage wurde anstatt der transparenten Kollektorabdeckung aus Glas ein PV-Modul eingesetzt. Der Luftstrom im Kollektor kühlt das Modul permanent und erhöht damit die Stromerträge.

Um einige Kilowattstunden mehr (oder weniger) geht es bei der kombinierten PV/Luftanlage. Anstatt der transparenten Abdeckung aus Glas wird ein PV-Modul in einen Luftkollektor eingesetzt und durch den Luftstrom im Kollektor permanent abgekühlt. Die Abwärme wird ebenso wie der Ertrag der "reinen" Luftkollektoranlage der Lüftungsanlage zugeführt. Durch diese Kühlung der Photovoltaikzellen wiederum bleibt deren Wirkungsgrad hoch, wodurch der Jahresertrag um ca. 10% ansteigen soll.

Abbildung 3: Prinzipskizze des PV/Luft Hybridkollektors

Überprüft wird dies durch ein dreijähriges Messprogramm der Fachhochschule Nürnberg in Zusammenarbeit mit der Energie Agentur Mittelfranken. Als Referenzanlage dient hierzu die in unmittelbarer Nähe installierte "konventionelle" PV-Anlage mit gleichen Modulen, gleichen Wechselrichtern und gleichen Einstrahlungsbedingungen.

*) Dipl.-Volkswirt Siegfried Schröpf ist Geschäftsführter der GRAMMER KG in Amberg, Deutschland. http://www.bs.grammer.de [^]