Achim Stephan: Wärmeemissionen bei Photovoltaik Modulen

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Re: Achim Stephan: Wärmeemissionen bei Photovoltaik Modulen

Beitragvon Weidemann » 06.08.2018, 12:46

Die Herangehensweise, wie auch die Schlussfolgerungen (z.B. die "aktiv erzeugte Wärme") sind gelinde gesagt ziemlich absurd!

Hier als Gegenentwurf der Versuch einer realistischen Betrachtung:

Albedo-Werte (= soviel wird reflektiert) für verschiedene Oberflächen (teils von hier):
Wald: 5-19%
dunkler Ackerboden: 7-10%
unbestellte Felder: 25%
Gras: 16-20%
Rasen: 18-23%
Wasser ab 45° Sonnenhöhe: 5%
Stadt: 14-18%
Asphalt: 15%
Der "übrig bleibende" Anteil wird in Wärme umgewandelt (die Photosynthese ist vernachlässigbar). Also werden je nach natürlicher Oberfläche ca. 75-95% der einfallenden Strahlungsenergie in Wärme umgewandelt, und in Städten 82-86%.

Im Vergleich dazu gehe ich bei einem Photovoltaik-Modul (mangels konkreter Zahlen) von 1% Reflexion aus. Weitere ca. 18% des Lichts werden in Strom umgewandelt (für ein 300W-Modul)
-> ein PV-Modul wandelt etwa 81% der einfallenden Strahlung in Wärme um, und damit weniger als die anderen Flächen im Durchschnitt.
Rechnet man zugute, dass PV-Strom zeitgleich thermische Kraftwerke ersetzt mit z.B. 33% Wirkungsgrad, dann wandelt ein PV-Modul rechnerisch sogar nur 45% der Einstrahlung in Wärme um.

Fazit: Der Betrieb von PV-Anlagen wirkt sich auf Deutschland bezogen sogar kühlend aus.
Auch bei lokaler Betrachtung wirken PV-Installationen in Städten kühlend, und auf dem Land im Durchschnitt sehr ähnlich wie die direkte Umgebung.


Die entstandene Wärme wird im Mittel komplett als IR-Strahlung abgestrahlt (sonst wäre die Strahlungsbilanz nicht geschlossen), aber nur 8% davon schaffen es durch die Atmosphäre in den Weltraum. Der Rest erwärmt die Atmosphäre.
Hier dürfte es Unterschiede geben, je nachdem welche IR-Wellenlänge eine Oberfläche vorranging produziert und in welche Richtung sie diese abstrahlt, dazu kenne ich keine Zahlen.
sonnige Grüße,
-Weidemann-
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Re: Achim Stephan: Wärmeemissionen bei Photovoltaik Modulen

Beitragvon Energiesparer51 » 06.08.2018, 13:08

PV tut Not hat geschrieben:Seit wir die PV auf dem Dach haben, ist es im Dachstudio spürbar kühler. Ja, imner noch sehr warm, aber weniger.
Vor konntest du bei solchen Temperaturen wie im Moment gar nicht raufgehen


Ja, gegenüber den Ziegeln wirkt der Kollektor als Strahlungsschirm. Dahe bleiben die Ziegel deutlich kühler. Es kann aber sein, dass die vom Kollektor absorbierte Wärme und die aus den Stromwärmeverlusten nach oben abgegebene Wärme größer ist als die vorher von den Ziegeln. Der Kollektor ist aber kein Perpetuum Mobile, daher kann er insgesamt nicht mehr abgeben (elektrische Energie und Wärme) als er insgesamt beim photoelektrischen Effekt und Strahlungsabsorption aufnimmt.


Im Übrigen lässt die Frage mir der für Thermodynamik-Einsteiger beliebten Frage, ob es in einem Raum (längerfristig) kühler oder wärmer wird, wenn man die Kühlschranktür offen lässt, vergleichen.
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Re: Achim Stephan: Wärmeemissionen bei Photovoltaik Modulen

Beitragvon alterego » 06.08.2018, 13:19

@argo: kannst du mal schreiben woher du das hast?
Das ist mal wieder ein typischer Fall davon, das die Fragestellung das Ergebnis bestimmt. Wenn man mal annimmt, daß die Quellen und das Ersatzschaltbild so brauchbar ist (daran wurde hier ja auch schon gezweifelt) ist das imo alles richtig dargestellt.

Was fehlt, steht ja hier im Thread, das Dach ohne Modul wandelt viel mehr direkt in Wärme um.
Bei Freifläche könnte man noch anmerken, daß durch die Verdunstung das Gras bzw. der grüne Bewuchs die Umgebung aktiv kühlt. Wie man derzeit sieht hat das aber auch seine Grenzen, wenn das Wasser im Boden knapp wird. Und auch unter und zwischen den Modulen ist da ja meist Gras.

Auch vergessen hat er, daß der Strom irgendwann und irgendwo wieder in Wärme umgewandelt wird 8)
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Re: Achim Stephan: Wärmeemissionen bei Photovoltaik Modulen

Beitragvon e-zepp » 06.08.2018, 13:21

:danke: @Weidemann, so wird ein Schuh daraus :)
@argo, wo wurde der Mist eigentlich publiziert bzw. wie hast Du den in die Finger bekommen?
(ich würde sowas ja nicht anfassen :mrgreen: )
lg,
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Re: Achim Stephan: Wärmeemissionen bei Photovoltaik Modulen

Beitragvon Andi_ » 06.08.2018, 14:18

Die Energie, die bei PV (oder auch sonstigen KW) dann verwendet wird, landet aber leider oft letztendlich dann doch zum großen Teil als Wärme in der Umgebung, deswegen wird es kompliziert.
Albedo PV gegenüber Sand/Wald/Ziegeldach wäre interessant (und da wird es auch noch wellenlängenabhängig).
Aber was viel größeren Effekt haben wird, ist das Abschmelzen der Schneeflächen, da ist der Unterschied sehr groß (im sichtbaren Bereich, wo das Sonnenspektrum ihr Maximum hat).
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Re: Achim Stephan: Wärmeemissionen bei Photovoltaik Modulen

Beitragvon Energiesparer51 » 06.08.2018, 14:28

Andi_ hat geschrieben:Die Energie, die bei PV (oder auch sonstigen KW) dann verwendet wird, landet aber leider oft letztendlich dann doch zum großen Teil als Wärme in der Umgebung, deswegen wird es kompliziert.
Albedo PV gegenüber Sand/Wald/Ziegeldach wäre interessant (und da wird es auch noch wellenlängenabhängig).
Aber was viel größeren Effekt haben wird, ist das Abschmelzen der Schneeflächen, da ist der Unterschied sehr groß (im sichtbaren Bereich, wo das Sonnenspektrum ihr Maximum hat).


Wieso leider? Das ist nach den physikalischen Gesetzmäßigkeiten einfach so. Allerding strahlt die Erde auch Wärme und insbesondere die Großstädte auch sichtbares Licht ins All. Letzteres bedingt allerdings ein vielfaches von Wärmebgabe bei Stromproduktion- -transport und -umwandlung. Und die Höhe der Abstrahlung von Wärme ins All hängt im Wesentlichen, wie die Einstahung von der Sonne von der Bewölkung ab.
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Re: Achim Stephan: Wärmeemissionen bei Photovoltaik Modulen

Beitragvon paladinro » 06.08.2018, 14:39

Eine Solarzelle besteht aus dem Halbleitermaterial Silizium. Eine Eigenschaft von Halbleitern ist die verbesserte Leitfähigkeit bei Energiezufuhr. Bei Photovoltaik ist diese Energiezufuhr Licht. Trifft Sonnenlicht auf die Solarzelle werden Elektronen in der Zelle angeregt, bewegen sich, und wandern über ein Kabel. Eine Bewegung von Elektronen ist gleichbedeutend mit Strom. Der in der Zelle erzeugte Strom wird dann über Stromkabel weiter ins Haus transportiert.

Dabei entsteht Wärme, zzgl. der Wärme die beim erhitzen der Materialien (z.B. Aluminium) entsteht. Wie @Weidemann schon geschrieben hat hilft der Albedoeffekt hier leider nicht weiter und ein PV-Modul hat auch nicht ausreichend Masse um die Wärme irgendwohin abzuleiten / zu speichern. Dem Modul bleibt einzig und allein die Luft unter bzw. über dem Modul. Genau dahin wird die Wärme auch unmittelbar abgegeben was am Tag in der 40°C Stadt, wo die Luft steht, schon zur weiteren Erwärmung der Umgebungsluft beiträgt.
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Re: Achim Stephan: Wärmeemissionen bei Photovoltaik Modulen

Beitragvon Weidemann » 06.08.2018, 14:47

Andi_ hat geschrieben:Die Energie, die bei PV (oder auch sonstigen KW) dann verwendet wird, landet aber leider oft letztendlich dann doch zum großen Teil als Wärme in der Umgebung, deswegen wird es kompliziert.

Dafür kann die Solaranlage bzw. das Kraftwerk nichts, sondern diese Wärme ist allein dem Verbraucher zuzuordnen (und damit unabhängig von der Existenz der Solaranlage).

paladinro hat geschrieben:Dem Modul bleibt einzig und allein die Luft unter bzw. über dem Modul. Genau dahin wird die Wärme auch unmittelbar abgegeben was am Tag in der 40°C Stadt, wo die Luft steht, schon zur weiteren Erwärmung der Umgebungsluft beiträgt.

Das ist noch ein interessanter Punkt, die Speicherwirkung ist bei der Teerstraße oder einem Teich deutlich höher (und bei einem Ziegeldach etwas höher) im Vergleich zum Solarmodul. Aber ob das nun gut oder schlecht ist, ist nicht so leicht festzulegen: Mir ist es lieber, dass es nachts schneller kühl wird ;-) Dafür nehm ich gern mehr heiße Luft tagsüber in Kauf.
sonnige Grüße,
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Re: Achim Stephan: Wärmeemissionen bei Photovoltaik Modulen

Beitragvon eggis » 06.08.2018, 15:07

Moin!

Tolles Themas hier! :D
Ich habe im WWW mal nach weiteren Berichten zum Abstrahlverhalten (albedo) gesucht und bin auf folgenden Artikel gestoßen.
Fatale "schwarze Magie" (Prof. Dr. Vespa Gooky)[deutsche-apotheker-zeitung.de]
Wie Weidemann schon berichtet hat liegt die Albedo von PV bei ca. 20% und somit im Bereich der "natürlichen Umgebung" von PVA. Im Winter, den Pol-Gebieten oder auch in der Wüste mit deutliche höhere "natürlicher Albedo" können seeeeehr große PVA sich schon negativ auf die Strahlungsbilanz der Region auswirken.

Ein weiterer Punkt ist die Wärmekapazität (bemisst die Fähigkeit eines Stoffes, thermische Energie zu speichern.) der Module im Vergleich zum überdeckten Unter"bau". Ohne jetzt auf die Stoffeigenschaft einzugehen, hat ein Ziegeldach annähernd die 4fache Masse von PV-Modulen in gleicher Fläche. Wie einige User hier bereits berichteten wirkt sich eine PVA klimatisch äußerst positiv auf die darunter liegenden Räume auf, da die Wärme schnell wieder nach oben (Wärme steigt auf! :mrgreen: ) abgegeben wird.Dachziegel hingegen können Wärme über Stunden speichern, bis sie letztendlich auf Umgebungstemperatur abgekühlt sind. Dieser zeitliche Unterschied müsste in so einer Betrachtung doch auch berücksichtigt werden?

Das Papier aus den Eingagsthread hat ziemlich wenige aussagekraft, wenn der Verfasser die Werte die er für ein PV.Modul errechnet hat, nicht mit anderen Stoffen (Ziegel, Erdböden usw.) vergleicht.

Übrigens gab es vo einiger Zeit mal einen Thread über schwimmende PVAs. Mit den von Weidemann genannten Albedowert von nur 5, konnten solche schwimmenden PVAs dazu beitragen, dass sich die Seen und Flüsse nicht so sehr erwärmen.
Mit sonnigen Grüßen
-eggis-

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Re: Achim Stephan: Wärmeemissionen bei Photovoltaik Modulen

Beitragvon Weidemann » 06.08.2018, 15:30


Lustig, ausgerechnet die Apotheker-Zeitung ;-) (Den Original-Artikel find ich leider nicht... handelt es sich vielleicht nur um einen Aprilscherz, denn unter "Vespa Gooky" gibts keinerlei Suchergebnisse... verdächtig.)
Unabhängig davon sind auch die dort getroffenen Aussagen Unfug: Eine Abnahme des per Sattelit gemessenen Albedo wird als bedrohlich dargestellt und mit dem Klimawandel verglichen.
Tatsächlich misst der Satellit über PV-Anlagen weniger Rückstrahlung, aber die freigesetzte Wärme kann trotzdem niedriger liegen als vorher (weil ein Teil der Energie als Strom abgeführt wird).

Wie Weidemann schon berichtet hat liegt die Albedo von PV bei ca. 20% und somit im Bereich der "natürlichen Umgebung" von PVA

Wenn man Albedo auf die Reflexion bezieht, dann sind es bei einem Modul geschätzt 1%. Was als elektrische Leistung aus dem Modul abfließt, kann man eigentlich nicht dem Albedo zuordnen. Sondern man kann nur umgekehrt schließen: Die Wärme-Abgabe einer PV-Anlage liegt mit ca. 80% im Bereich der natürlichen Umgebung.
sonnige Grüße,
-Weidemann-
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