Warum gibt es keine solaren Thermovoltaik Module?

On 13 Jun 2008 13:11:00 +0200, snipped-for-privacy@hullen.de (Helmut Hullen) wrote:


Einmal ist die eingesetzte Primärenergie (Sonnenenergie) *kostenlos* im anderen Fall kostet die eingesetzte Primärenergie im Kraftwerk Geld.
Das Erste kann durchaus günstiger sein als das Zweite.
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Hallo, Emil,
Du (netnewsegn) meintest am 13.06.08:

Also: 10 W elektrische Leistung werden umgesetzt (bei Ri = Ra) in 5 W an Ri und 5 W an Ra - das hat was. Und an den Generatorklemmen liegt die halbe Leerlaufspannung.
In der Nachrichtentechnik mag so etwas ja sinnvoll sein ...
Viele Gruesse! Helmut
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Helmut Hullen schrieb:

In der Thermoelektrik eventuell auch? Oder was schlägst du vor? Ohne Last rauscht hier eben die ganze Wärmeenergie einfach durch, während der Generator ohne Last auch keine mechanische Energie aufnimmt. Würde der Generator unabhängig von der elektrischen Last immer die gleiche mechanische Energie aufnehmen, würdest du anders dimensionieren, oder?
--
mfg Rolf Bombach

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Hallo, Rolf_Bombach,
Du (rolfnospambombach) meintest am 13.06.08:

Hmmm - ich habe da den altbekannten schwarzen Kasten, diesmal mit dem Aufkleber "Thermoelektrik".
Wenn ich einfach mal anehme, dass sein thermoelektrischer Wirkungsgrad 100% sei (lass ich mir übrigens patentieren), dann könnte er bei passendem Verbraucher doch günstigstenfalls die gesamte thermische in elektrische Energie wandeln. Ok - da ist noch ein klitzekleines Problem mit der nötigen Temperaturdifferenz. Aber beim idealisierten Wandler kann ich schon mal kalte Füsse bekommen.
Wenn er einen (elektrischen) Innenwiderstand hat, dann ist der Wirkungsgrad nicht mehr 100%, dann heizt der Laststrom (und verringert die nutzbare Temperaturdifferenz).
Wenn keine Last dran hängt, dann wird 0 W elektrische Energie "herausgezogen" - dann ist doch der Wandler nur ein Stück Werkstoff. Wo soll das Problem sein?
Bei chemoelektrischen Wandlern ("Batterien") wird doch versucht, den Innenwiderstand sehr klein zu halten - gilt diese Idee nur bei solchen Wandlern?

Ja - dann käme die Kiste in den Hochofen.
Viele Gruesse! Helmut
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Helmut Hullen schrieb:

Das hat keinen Sinn, so etwas anzunehmen. Eine Wärmekraftmaschine hat nie 100% Wirkungsgrad, Thermodynamik und so. Allein deshalb ist bei einem TV-Generator bei 150°C/50°C der Wirkungsgrad schon mal auf theoretische 24% begrenzt. Das real existierende Teil bringt davon ebenfalls nur etwa ein viertel rüber, somit landen wir bei 5...7% totalem Wirkungsgrad. "Abgezweigte" Wärme können wir da (leider) in nullter Näherung vergessen. Das kann mit neuartigen Elementen ganz anders aussehen, mit denen kommt man angeblich wesentlich näher an den theoretischen Wirkungsgrad heran. Bei hohen Temperaturdifferenzen wird das interessant, da man dann durch Abführen der elektrischen Leistung "kühlen" kann.

Aber auch dort ist die maximal erreichbare abgegebene Leistung bei Ri=Ra erreicht. Natürlich ist das total unwirtschaftlich. Bei TV ist die Wärme aber so oder so da (hoffen wir mal), sodass man diesen Arbeitpunkt wählen muss.
--
mfg Rolf Bombach

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Rolf_Bombach schrieb:

Auer bei unseren Heizungsfachmnnern, die schaffen Wirkungsgrade ber 100%. Tja, da staunt mann ;-)
-- mfg hdw
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Horst-D.Winzler schrieb:

Tja - die Einen meinen, dass Wirkungsgrad einzig allein nur Stromenergie / aufgewändete Energie sein kann. Andere sehen eher das Verhältnis von Nutzen / dafür nötigen Aufwand. Beides auseinanderhalten können am Ende wohl nur sehr Wenige.
--
Servus
Christoph Müller
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Christoph Müller schrieb:

Und weil das so ist, halte ich mich ans Grundsätzliche. Verhältnis von reingesteckter zu abgegebener Nutzleistung. Alles andere führt zu Verwirrung und Mißverständnissen!
--
mfg hdw

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horst-d.winzler schrieb:

Und eben deshalb sind 50% Wirkungsgrad eines Großkraftwerks eine ziemlich müde Angelegenheit im Vergleich zur Mine-Strom-Wärme-Kopplung mit z.B. 94% Jahresgesamtwirkungsgrad.
--
Servus
Christoph Müller
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Horst-D.Winzler schrieb:

Das sind aber Wärme-Wärme-Maschinen und keine Wärme-Kraft-Maschinen. Also die Heizungen, nicht die Fachmänners.
--
mfg Rolf Bombach

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Hallo, Rolf_Bombach,
Du (rolfnospambombach) meintest am 14.06.08:

Zur Abschätzung, wie sich ein "Innenwiderstand" auswirkt, ist das trotzdem eine brauchbare Annahme. Selbst bei dieser utopischen Annahme bewirkt der (stromdurchflossene) Innenwiderstand eine Temperaturerhöhung und damit eine Verschlechterung des Wirkungsgrads.
Bei rotierenden Generatoren wird schon seit Jahrzehnten mit vielen Tricks versucht, den Innenwiderstand möglichst klein zu halten. Insbesondere viel kleiner als den Lastwiderstand. Bei chemoelektrischen Wandlern ("Batterien" und "Akkus") auch. In beiden Fällen wird versucht, möglichst viel Leistung "draussen" umszusetzen und möglichst wenig drinnen.
Viele Gruesse! Helmut
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Helmut Hullen schrieb:

Sicher. Auch bei Peltierelementen versucht man ja krampfhaft, den Innenwiderstand so klein wie möglich zu machen. Ohne dabei den Wärmewiderstand zu verkleinern. Daher verwendet man ja Halbleiter, nur bei denen ist Wärme- von Stromtransport einigermassen entkoppelt. Gut, gegeben sei nun das Peltierelement mit einer einstelligen Prozentzahl an Wirkungsgrad. Wie müsste man jetzt nach deiner Meinung den optimalen Aussenwiderstand wählen?
--
mfg Rolf Bombach

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Hallo, Rolf_Bombach,
Du (rolfnospambombach) meintest am 18.06.08:

Wo misst Du die eingespeiste Leistung, wo die abgegebene?
Ich würde die eingespeiste Leistung an den Kühlrippen messen (und annehmen, dass diese thermische Leistung ohne weitere Verluste in den Wandler eingespeist wird). Ausgang: Klemmen zum Anschluss der Last.

Da frage ich den Hersteller nach einem Datenblatt. Die Leistung, die ich dem (zusammenzustellenden) Gebilde entnehmen will, kenne ich ja.
Bei Batterien verfahre ich ähnlich. Ok - da brauche ich nicht unbedingt ein Datenblatt. Und an eine Batterie hänge ich meistens 1 Verbraucher mit konstanter Last. Ist für eine Haushalts-Stromquelle keine sinnvolle Annahme.
http://www.grafelektronik.b-24.de/page6.html
zeigt eine Bastellösung, die bei 4 V Leerlaufspannung einen Kurzschlussstrom von 1 A liefert, also (vereinfacht) einen Innenwiderstand von 4 Ohm hat. Damit bastle ich bestenfalls, das nutze ich nicht unter wirtschaftlichen Aspekten.
Viele Gruesse! Helmut
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Helmut Hullen schrieb:

Sicher. Nun scheint es so, dass da 100 W Wärme reingehen, 5 W Strom ausgekoppelt werden können und 95 W Wärme wieder rauskommen.
Falls Anschlüsse offen oder kurzgeschlossen, kommen halt 100 W Wärme wieder raus.
Bei diesem Wirkungsgrad also: Mift.
--
mfg Rolf Bombach

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wrote:

Du hast richtig erkannt dass die Peltierelemente nicht die ganze Fläche Einnehmen müssen sondern wie bei PV-Konzentratoren die Wärme von einem größeren Kollektor eingesammelt werden muss und dann konzentriert den Elementen zu geführt werden muss.

Es ist nicht entscheidend welche Ausbeute man pro qm hat sondern was die erzeugte kWh kostet. Man kann auch mit Dünnschichtmodulen nur 60 W/wm erzielen, mit Monokristalienen dagegen mehr als 150 W. Trotzdem ist die kWh von den Monokristalienen nicht billiger.

Jetzt sind wir wieder beim Stirling-Motor. Warum hat sich wohl der solare Stirling nicht durchgesetzt?
Ganz einfach: Die Kosten pro installiertem kW sind viel zu hoch. Die mechan. Probleme ignorieren wir mal.
Peltierelemente kosten dagegen nur etwa 2.000 ¤/kW, PV kostet derzeit rund 4.000 ¤/kW.

Dieses Problem wurde doch bei therm. Solarkollektoren mit entsprechenden Isolierglasschichten weitgehend gelöst.
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begin quoting, Emil Naepflein schrieb:

Anmerkung zur Nomenklatur: Unter "Konzentrator" versteht man in der Solartechnik eigentlich ein optisches Element, das die Strahlungsintensität aus der direkten Sonnenstrahlung am Kollektor vergrößert. Dadurch sind höhere Kollektortemperaturen erreichbar.
Hier geht es offenbar nur um Wärmeleitungsbleche, die die Kollektortemperatur natürlich nicht vergrößern. Gleichwohl ist das dennoch keine schlechte Sache, daß nicht die ganze Fläche mit Elementen belegt zu werden braucht, denn Blech (es muß allerdings schon relativ dick sein) dürfte deutlich billiger als PE sein.

Die entsprechenden Kostenrechnungen sind übrigens relativ angreifbar: Bekannt sind die Modulpreise, auf die die Hersteller inzwischen 25 Jahre Leistungsgarantie geben. Wie schreibt man die Investitionen über so lange Zeiträume ab, wie hoch sind Montage-, Wartungs- und Versicherungskosten, was kostet die zusätzliche Elektroinstallation inkl. Umrichter? Das sind alles keine naturgegeben Größen.

Wie hoch sind sie denn (ohne mich auf "Stirling" kaprizieren zu wollen: Bei einer Dampftemperatur von 250 °C dürften Dampfturbinen oder auch Kolbendampfmaschinen bessere Systeme sein)?

Kannst Du diese Zahlen auch belegen?

Sagen wir mal: in technisch interessante Temperaturbereiche verschoben (s. < Die Optimierungsaufgabe als solche bleibt natürlich.
Was spricht gegen konventionelle Dampfmaschinen? Offenbar die Baugröße: Für einige hundert Watt sind sie zu teuer, im MW-Bereich wären sie attraktiv. Wer kann ausrechnen, was eine MWh_el kostet, wenn man ca. 20.000 m^2 (2 ha) mit Hochtemperaturkollektoren belegt, die Wärme in einem Tagesspeicher einlagert und dann damit kontinuierlich 1 MW erzeugt (oder auch nach Bedarf, also Spitzen- und nicht Grundlast)?
(Zu der Zahl: 1 m^2 Kollektor bringt im Sommer täglich etwa 5 kWh Wärme. 20.000 m^2 liefern also 100 MWh/d oder im Durchschnitt ungefähr 4,2 MW, die mit ca. 27 % Wirkungsgrad verstromt werden können, was dann größenordnungsmäßig 1 MW liefert. Dafür wären z. B. 1.000 EFH-Dächer mit Kollektoren zu belegen, bringt also 1 kW pro Haus, was schon ganz ordentlich ist bzw. weitaus mehr als genug. Evtl. ist der weite Transportweg der HT-Wärme (ca. 250 °C) problematisch - dafür müßte man vakuumisolierte Rohrleitungen nehmen.)
Die 1-MW-Anlage würde schätzungsweise 1,5 GWh im Wert von ca. 150 TEUR (10 ct/kWh) jährlich liefern (150 Euro pro Haus).
Was kosten Vakuum-Röhrenkollektoren pro m^2, welche Lebenserwartung haben sie?
Gruß aus Bremen Ralf
--
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wrote:

Ich bestreite doch nicht das thermische Solarkraftwerke kostengünstiger Strom produzieren als TV. Dies zeigen die amerikanischen Anlagen schon seit fast 20 Jahren.
Mir geht es rein um den Vergleich von PV und TC im kleintechnischen Maßstab so wie es heute auf jeden Dach installiert werden kann. und hier behaupte ich dass TV durchaus eine Alternative zu PV sein könnte.

Die Preise von Peltierelementen kannst Du Dir z.B. bei Ebay raussuchen. Ich habe sogar jetzt sogar noch günstigere Elemente gefunden:
10 Stk. 137 W (12 V) Elemente kosten z.B. 34,90 €. Bei einem Wirkungsgrad von 4 % wären das dann etwa 55 W elektr. Leistung. Damit kostet das kW nur rund 635 € incl. MwSt.
Was PV-Module Einzeln so pro kW kosten kannst Du unter http://www.oeko-energie.de/solarmodule.htm finden. Allerdings sind die Preise mittlerweile schon wieder gesunken. Und höhere Stückzahlen für eine größere Analage bekommt natürlich günstiger.
Hier eine weitere Seite mit PV-Modulen und Preisen: http://www.pro-umwelt.de/solarmodule-kyocera-c-31_44.html

Im Prinzip spricht nichts dagegen wenn es damit möglich ist eine Kleinanlage in der Größe von maximal 10 kW Peak zu realisieren.
Aber wie schon geschrieben geht es mir in diesem Thread ausschliesslich um den Verkleich von PV und TV für Kleinanlagen.
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begin quoting, Emil Naepflein schrieb:

Na, dann ist das Thema doch erledigt.

Warum sollte sich jemand sowas denn aufs Dach machen, anstatt das Geld zu nehmen und sich damit an einem großen thermische Solarkraftwerk zu beteiligen?

Eine Wirkungsgradangabe ist von den Rahmenbedingungen abhängig.

Mit den Elementen ist es aber noch nicht getan: Die müssen auch noch zu Modulen zusammengebaut werden und aufs Dach. Die Frage ist: Was kosten 1.000 kWh/a an Investitionskosten insgesamt - ein Solarrechner wird diese Frage nicht beantworten, weil PE eine andere Betriebscharakteristik als Solarmodule haben. Schau Dir mal die Preise von Kühlkörperprofilen an, mach Dir gedanken, wie man die sauber hält.

Die Kosten einer Solaranlage kann man direkt an der Förderungshöhe ablesen, die ist so bemessen, daß sie den Kosten in etwa entspricht.

Was spricht für Kleinanlagen?

Ob das so ohne weiteres vergleichbar ist, halte ich noch nicht für belegt.
Gruß aus Bremen Ralf
--
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Dann wäre das Thema PV ja auch erledigt.
Diesie thermischen Solarkraftwerke kann man nur in Gebieten mit hoher direkter Sonneneinstrahlung einsetzen. PV und TC kann man dagegen auch in unseren gemäßigten Breiten einsetzen.

Warum investiert jemand in PV auf seinem Hausdach? Vielleicht wohnt derjenige auch nicht gerade mitten in der Wüste.

Jetzt kommen wir endlich zur Diskussion meiner Frage: Warum gibt es keine solaren Thermovoltaik-Module?

Die kann man sich selbst auf das Dach setzen. Die Nutzung von Dachflächen in Ländern mit hoher Bevölkerungsdichte bietet sich an da man keinen zusätzlichen Landverbrauch hat.

Darum diskutieren wir ja.
Ich meine beide Technologien sind von den Einsatzmöglichkeiten vergleichbar: Beide - skalieren von kleinen Größen bis zu sehr großen, - können Globalstrahlung als auch Direktstrahlung nutzen, - können mit als auch ohne Konzentratoren arbeiten, - können die gleichen MPP-Laderegler/MPP-Solarwechselrichter nutzen, - kommen ohne bewegliche Teile arbeiten, - haben eine hohe Lebenserwartung, - können in großen Stückzahlen industriell gefertigt werden.
Und die Vorteile die ich bei TV sehe habe ich meinem ersten Beitrag genannt: - Nutzung eines breiteren Spektrums des Sonnenlichts - Durch Integration von Wärmespeicherung Ausweitung der Stromabgabe - Auch im Winter hohe Ausbeute da es nur auf Temperaturdifferenz ankommt. - Im Winter auch Nutzung von Wärme der Heizungen möglich.
Keines der Argumente scheint mir in der bisherigen Diskussion widerlegt worden zu sein.
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begin quoting, Emil Naepflein schrieb:

Möglicherweise schon.

Warum?
Ja, warum eigentlich?

PV funktioniert auch nur bei direkter Einstrahlung leidlich - diffuses Licht bringt nicht soviel Leistung. Und ich bezweifle, daß die PV-Module soviel billiger sind, daß es das ausgleicht. Wenn das nämlich so wäre, müßten sie eigentlich auch in "besseren" Lagen vorteilhafter sein.
Zudem: Warum wollen die Leute die Module denn partout hier im finsteren Deutschland auf *ihrem* Dach, während die doch in Spanien oder anderwo am Mittelmeer billiger installierbar wären und zudem noch 50 % mehr Energie liefern? Eigentlich verstehe ich das nicht. Was subventioniert der deutsche Stromkunde dabei denn eigentlich?

Wir warten auf die Antwort...

Wozu? Möglicherweise passen alle in Bremen installierten PV-Anlagen bequem auf das Dach des Weserstadions (<http://maps.google.de/?llS.066382,8.837664&spn=0.002353,0.006781&t=h&z >); warum werden sie nicht einfach dort bzw. auf ähnlichen geeigneten Flächen (die es reichlich geben dürfte: (<http://maps.google.de/?llS.087993,8.814833&spn=0.004704,0.009398&t=h&z >, <http://maps.google.de/?llS.10902,8.852706&spn=0.009403,0.027122&t=h&z >)), installiert?

Wenn die Dächer der gewerblichen und sonstigen Großbauten alle belegt sind, könnte man evtl. auch EFH benutzen. Ansosnten: Warum sollte man?

Die können beide Globalstrahlung nur wenig nutzen, PV allerdings wesentlich besser.

Das ist falsch.

Es fehlen einfach seriöse Berechnungen über die Kosten des erzeugten Stroms aus PE. Und fachlich stößt mir auf, daß Du offensichtlich nicht verstehst, daß der Wirkungsgrad bei PE stark intensitätsabhängig ist, ganz im Gegensatz zu PV. Warum verstehst Du das eigentlich nicht?
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