Oskar Leistungswerte

Die Leistungswerte eines Oskar Warmluftkollektors

Oskar in Aktion

Bevor wir zur Bewertung der Oskar Leistungsdaten kommen, gibt es hier nun ein paar Eckdaten zum Gesamtverständnis:

Die Jahressumme der Globalstrahlung der Sonne liegt in Deutschland zwischen 900 und 1.200 kWh pro m² und Jahr auf eine horizontale Fläche, das entspricht im Durchschnitt ca. 100 bis 135 W/m². In Spanien beträgt die Globalstrahlung etwa 2.000 kWh, das sind dann schon 230 W/m² .

Grundlagen zur Solarstrahlung
Download solarstrahlung_analyse_1.pdf - 5 MB

Karten der Globalstrahlung für die einzelnen europäischen Länder gibt es hier:

Globalstrahlung nach Ländern

In Deutschland stehen regional die folgenden Leistungswerte der Sonne zur Verfügung:

Globalstrahlung nach Monaten
Download globalstrahlung2013.pdf - 6 MB

Der Momentanwert der Globalstrahlung erreicht in Mitteleuropa an einem Sonnentag bei wolkenlosem Himmel etwa 900 W/m². Bei leichter Bewölkung (aber praktisch ungehinderter Direktstrahlung) kann sie wegen der von den weißen Wolken gelieferten Diffusstrahlung kurzzeitig deutlich über 1.000 W/m² ansteigen. Bei trübem, wolkigem Wetter besteht sie nur aus dem Diffusstrahlungsanteil und sinkt auf Werte um oder sogar unter 100 W/m².

Der Energieertrag von Oskar ist somit, bedingt durch die Globalstrahlung, abhängig von Standort, Wetter und Monat. Ein m² Kollektorläche könnte in Deutschland bei voller Sonneneintrahlung und einem Wirkungsgrad von 100% somit etwa 1046 KWh im Jahr produzieren, bei 2,6 m² 2719 KWh. Der Wirkungsgrad des Kollektors bestimmt nun, wie viel der durch die Sonne gelieferten Leistung tatsächlich genutzt werden kann.

Oskar 2.6 liefert mit einer Kollektorfläche von 2,6 m² bei voller Sonneneinstrahlung von ca. 1046 W zur Mittagszeit 1800 W. Dies entspricht einem Wirkungsgrad von 66%. Der Leistungswert für einen Luftkollektor errechnet sich aus gemessener Temperatursteigerung und Volumen-Strom des Lüfters bei definiertem Rohrdurchmesser, wie bei unserem Rechner dokumentiert.

Oskar steht im Idealfall ausgerichtet nach Süden an der Fassade, und kann nicht – unseren Messwerten entsprechend – die mögliche Globalstrahlung vollständig nutzen. Durch die wandernde Sonne ohne Nachführung des Kollektors und die unterschiedlich starke Globalstrahlung im Laufe eines Tages ergeben sich somit Leistungsverluste von ca. 40%.

Oskar - Leistungsmessung

Messreihen mit Oskar 2.6 und Solarmodul aus der Entwicklungsserie

Hier folgen nun exemplarisch zwei Messreihen, in denen Außentemperatur – T3, Temperatur im Kollektor oben (Eintritt in den Heizbereich) – T2, und Ausblastemperatur – T1 festgehalten wurden (Voltcraft Temperaturlogger PL-125-T4). Mit einem Anemometer BA15 wurde der Luftstrom bei 123mm Lüfterrohr mit 2,8m/s – 119,8m³ festgehalten.

Messwerte 17.03.2013
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Messwerte 18.04.2013
Download 18042013.pdf - 24 kB

Man sieht an den Messreihen vom 18.04.2013 mit unserem Oskar 2.6 am Solarmodul sehr schön die Leistungseinbrüche bei Bewölkung durch Stillstand des Ventilators, die bei Anschluß an das Hausnetz nicht auftreten. Gleichzeitig zeigt die Temperaturkurve T2 die Restwärme, die noch im Kollektor gespeichert ist.

Meßreihen mit Oskar 2.0 und Oskar 2.6 im Netzbetrieb aus der aktuellen Produktionsserie

Hier folgen nun exemplarisch zwei Meßreihen aus der aktuellen Produktion, in denen Außentemperatur und Ausblastemperatur für den jeweiligen Kollektor festgehalten wurden (Voltcraft Temperaturlogger PL-125-T4). Mit einem Anemometer BA15 wurde der Luftstrom bei 123mm Lüfterrohr mit 2,8m/s – 119,8m³ für Oskar 2.6, und Luftstrom bei 123mm Lüfterrohr mit 2,3m/s – 98,4m³ für Oskar 2.0 dokumentiert. Verwendet wurde ein 338/252 m³ Papst-Lüfter, über die Hälfte der Leistung geht jeweils am Strömungswiderstand der Kollektor-Luftführung verloren. Der 07.03. dokumentiert einen teilbewölkten, der 10.03.2014 einen wolkenfreien Märztag.
Zusätzlich wird nun die aktuelle Globalstrahlung dokumentiert.

Oskar 2.6 - 07.03.2014
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Oskar 2.6 - 10.03.2014
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Oskar 2.0 - 07.03.2014
Download 07032014oskar20.pdf - 21 kB

Oskar 2.0 - 10.03.2014
Download 10032014oskar20.pdf - 22 kB

Hier nun eine Meßreihe vom 20.03.2014 – ab 12:30 bis 14:15 vollständig bewölkt – mit immer noch beachtlicher Leistung:

Oskar 2.0 - 20.03.2014
Download 20032014oskar20.pdf - 24 kB

Oskar 2.6 - 20.03.2014
Download 20032014oskar26.pdf - 24 kB

Oskar benötigt mit seiner ca. 8m² großen Wärmetauschfläche eine etwas längere Vorwärmzeit bei Sonneneinstrahlung, besticht aber dafür mit einem sehr hohem Speichervermögen bei vorübergehender Beschattung.

Schlußendlich eine Messreihe vom 29.03.2014 mit idealen Bedingungen – keine Bewölkung, nur eine wenig Trübung durch Dunst – an diesem Tag haben wir mit der Testreihe 16,2 KWH in die Luft geblasen:

Oskar 2.0 - 29.03.2014
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Oskar 2.6 - 29.03.2014
Download 29032014oskar26.pdf - 28 kB

Im Vergleich zu Oskar und dessen Messreihen finden Sie hier die Daten des Testlabors Delta Test Laboratory vom 17.07.2013 mit den Warmluftkollektoren Scansun Model XL27, Solar Venti SV14 und Grammer Twinsolar 1,3.

Delta Test Laboratory
Download delta_test_report__solarventi-grammer-scansun_2013.pdf - 525 kB

Realistisch betrachtet sind die Versprechen vieler Hersteller hinsichtlich Leistung, Wirkungsgrad und Kapazität “sehr optimistisch” formuliert.

Aus dieser dokumentierten Testreihe vom 17.07.2013 um 13:00 Uhr, ergaben sich bei einer Globalstrahlung von ca.1046W folgende Werte:

  • Scansun Model XL27, 1,14m² Kollektorfläche – 368 Watt Leistung, 31% Effizienz
  • Solar Venti SV14 , 1,39m² Kollektorfläche – 628 Watt Leistung, 43% Effizienz
  • Grammer Twinsolar 1,3, 1,28m² Kollektorfläche – 521 Watt Leistung, 39% Effizienz

Mit diesem Rechner können Sie nun die Leistungswerte zu den unterschiedlichen Tageszeiten aus allen dokumentierten Meßreihen nachverfolgen:

Luftstrom-Berechnung und Effekt

Oskar 2.6, Rohrinnendurchmesser 123mm, 338m³ Pabst Lüfter, Windgeschwindigkeit bei voller Leistung 2,8m/s
Oskar 2.0, Rohrinnendurchmesser 123mm, 252m³ Pabst Lüfter, Windgeschwindigkeit bei voller Leistung 2,3m/s
 
Rohrinnendurchmesser (mm)    mm
Windgeschwindigkeit (m/s)    m/s
Temperatur Eingang     °C
Temperatur Ausgang     °C
 
Rohrfläche   m2
Luftstrom   m3/h
Temperatursteigerung   °C
Effekt   Watt

Der Rechner arbeitet mit den folgenden Werten:
Wärmekapazität von Luft (bei gleichem Druck) ist cp = 1,005 kJ/(kg•K)
Dichte ist cd = 1,293 kg/m³
Luftstrorm cl
Temperatursteigerung dT
Effekt in Watt ist E=cl*cd*cp*dT/3,6
Bei einem m³ um 1 Grad erwärmt: E= 1,293 kg*1,005 kJ/(kg•K) *1 = 1,299465kJ / 0.3608 Wh
Verhältnis : 1 Wh = 3.6 kJ

Heizleistungsbedarf

Ein gut gedämmtes Gebäude benötigt pro m³ Raumvolumen und einer Temperaturanhebung von 0 auf 20 Grad ca. 0.0232 KW Heizungsbedarf. Mit Oskar 2.6 lassen sich somit unter Idealbedingungen maximal 35m² bei einer Raumhöhe von 2,3m beheizen.

Heizleistungs-Bedarf individuell berechnen:

Raumvolumen : m3
Temperaturdifferenz: Grad Celisus (Innen- / Aussentemperatur)
Isolation:
Benötigte Heizleistung =  kW
 

Fazit Leistungsberechnung

Die Meßwerte zeigen, dass ein Luftkollektor nur und einzig als eine Zusatzheizung anzusehen ist, die aber effizient und wirkungsvoll eine Menge Kosten sparen kann.

Insofern sind von einem Warmluftkollektor keine Wunder zu erwarten, aber durchaus, je nach Konstruktion und Größe, ein sehr wirkungsvoller Beitrag zur Reduzierung der Energiekosten!

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