TY - RPRT A1 - Zörner, Wilfried A1 - Brandmayr, Sebastian T1 - Forschungsvorhaben - Optimierte Thermosiphon-Solaranlagen: Schaffung wissenschaftlicher Grundlagen und Entwicklung einer marktangepassten, seriennahen Prototyp-Anlage BT - Abschlussbericht über das Entwicklungsprojekt, gefördert unter dem AZ: 25027-24/2 von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt KW - Thermosyphon KW - Thermische Solaranlage Y1 - 2010 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-3582 ER - TY - RPRT A1 - Häring, Georg A1 - Trinkl, Christoph A1 - Zörner, Wilfried T1 - Regeneratives Heizen und Kühlen in einem Multifunktionsgebäude: Überwachung und Bewertung einer regenerativ versorgten Heiz und Kühlanlage in einem Multifunktionsgebäude BT - Abschlussbericht im Demonstrationsvorhaben KW - Wärmepumpe KW - Photovoltaik Y1 - 2010 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-3609 ER - TY - RPRT A1 - Haller, Achim A1 - Trinkl, Christoph A1 - Wittmann, Roland A1 - Zörner, Wilfried T1 - Nutzung thermischer Solarenergie zur sorptionsgestützten Klimatisierung: Planung, Errichtung und Überwachung einer solargestützten Gebäudeklimatisierung in einer gewerblich genutzten Halle BT - Demonstrationsvorhaben ; Abschlussbericht N2 - The CENTRE OF EXCELLENCE FOR SOLAR ENGINEERING of Ingolstadt University of Applied Sciences investigates the renewable-only based HVAC system of a multipurpose building. The 10.000 m² gross floor area building is part of the biggest logistic-centre in the region serving the AUDI automobile production facilities. On the one hand, the investigation is supposed to demonstrate the potential of solar-assisted cooling, on the other hand, the monitoring focuses on the total energy balance of the building and the various innovative building technologies. Next to a ground source heat pump plant for base-load heating and cooling, the building is equipped with two arrays of solar-thermal flat-plate collectors (108 m² + 178 m²) and a desiccant air-conditioning system (DEC). This consists of two plants with a nominal air flow of 8.000 m³/h each. One of the two plants is monitored, where the plant itself is considered a black box in a first approach, i.e. all incoming and outgoing energy flows and the air condition are measured. Apart from the investigation of the performance of the solar-assisted air-conditioning system, the feasibility of DECoperation using flat-plate collectors available on the market is investigated. During the first year of operation (2006) massive problems occurred in the operation of the DEC-plant. While the degree of comfort in the building was found to be satisfying during the cooling period, the solar-driven DEC-plant showed major deficiencies in cooling performance, hydraulics and control. Especially, a too high rotational speed of the desiccant wheel and an inadequate adjustment of solar collector arrays, DEC-plants and building structure were identified. Therefore, in an overhaul of the system several problems in the hardware were found and corrected such as blocked nozzles due to calcinations, leakages in the sealing of the desiccant wheel and an incorrect installation of a non-return valve in the hydraulic system of the regeneration air heater. Moreover, the control strategy regarding the cooling power of the plant and the speed of the desiccant wheel was checked. In the second year of operation (2007), some deficiencies of the first year were found to be removed, but the plant still did not work according to its capacity. Insufficient dehumidification by the desiccant wheel was identified as a major problem. Based on a detailed analysis of the desiccant wheel, one-sided displacement of the sorbent was supposed to be the reason for insufficient cooling capacity. Obviously, control or mechanical malfunctions during operation have lead to a one-sided oversaturation and thus to a one-sided damage of the desiccant wheel. Consequently, the damaged wheel is to be removed prior to the 2008 cooling period. In order to tap the full potential of both the solar DEC-plant and the building’s innovative concept, a number of further measures, especially concerning the matching of the DECplant and the solar system with the building management, need to be taken in future. KW - Klimatechnik KW - Thermische Solaranlage Y1 - 2008 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-3613 ER - TY - RPRT A1 - Zörner, Wilfried A1 - Treikauskas, Franz-Dominik T1 - Optimierter Absorber für thermische Solaranlagen in Bezug auf Fertigungsprozess, Herstellkosten und Wirkungsgrad BT - Vorstudie zu Absorberkonzepten ; Abschlussbericht über ein Entwicklungsprojekt, gefördert unter dem AZ: 21543 von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt N2 - Die im Laufe des vorliegenden Vorhabens zusammengetragenen Informationen zeigen, dass der Blech-Rohr-Absorber als der momentane Stand der Technik verschiedenste Schwächen im technischen als auch wirtschaftlichen Bereich aufweist. Im technischen Bereich liegen diese sowohl im konstruktiven Aufbau aufgrund seiner vielen thermischen Widerstände, als auch in der momentanen Lösung der Verbindungstechnik. Die im Rahmen des Projekts durchgeführte Altkollektoranalyse zeigt, dass bereits früher verschiedenste Absorberbauformen auf dem Markt verfügbar waren. Diese Bauformen sind in der Fachliteratur teilweise dargestellt, jedoch kaum beschrieben oder näher untersucht. Die Analyse der großteils mehr als 20 Jahre alten Kollektoren ergibt, dass Bauformen und Absorbermaterialien bereits damals eine hohe Lebensdauer erreichen konnten. Defizite können nur bezüglich transparenten Abdeckungen, Zwischenschichten, Wärmedämmungen und bezüglich des hohen Absorber- bzw. Kollektorgewichtes ausgemacht werden. Thermographische Untersuchungen belegen, dass damalige volumetrische beziehungsweise teilvolumetrische Bauformen im Vergleich zu heutigen Konstruktionen gleichmäßigere Temperaturverteilungen aufweisen. Die Verbindungstechniken, speziell im Bereich der Blech-Rohr-Absorber, haben sich allerdings in Qualität und Stabilität im Vergleich zu damals verbessert. Hohe Stillstandstemperaturen aufgrund neuer Entwicklungen im Bereich Absorberbeschichtungen und optimierter Glas- und Dämmstoffe bringen jedoch auch die verbesserten Verbindungstechniken zwischen Blech und Rohr an ihre Grenzen. Schliffbilduntersuchungen, durchgeführt an verschiedenen heute im Absorberbau angewendeten Fertigungsverfahren, lassen fertigungs- als auch wärmetechnische Schwächen, wie z. B. inhomogene beziehungsweise spröde Nähte oder kleine Flächen für die Wärmeübertragung, erkennen. In der Konzeptphase werden nach Ausarbeitung einer Anforderungsliste und Untersuchung des Absorbers durch eine Funktionsanalyse verschiedene Lösungsprinzipien erarbeitet. Aus diesen erfolgt die Entwicklung von Absorberkonzepten in Form von Skizzen, die schwerpunktmäßig auf eine volumetrische Durchströmung des Absorbers abzielen. Im nächsten Schritt werden für die aussichtsreichsten Konzepte eingehende Untersuchungen aus technischer und wirtschaftlicher Sicht durchgeführt. Eine Berechnung hinsichtlich technischer Eigenschaften, wie Gewicht, Füllvolumen, Wärmekapazität und vor allem des Absorberwirkungsgradfaktors wird unter anderem durchgeführt. Weiterhin wird eine Voranalyse der Absorberkosten hinsichtlich Material- sowie Fertigungskosten erstellt. Basierend auf diesen Informationen können die Absorberkonzepte abschließend in einer Bewertungsmatrix bewertet werden. Es erfolgt dazu die Festlegung mehrerer differenzierbarer Bewertungskriterien, anhand dessen eine objektive und grundlegende Unterscheidung sowie Klassifizierung der Absorberkonzepte sowohl in technischer als auch wirtschaftlicher Sicht möglich ist. Diese Konzepte sind Ausgangsbasis für ein weiteres, folgendes Projekt, das zuerst auf eine grundlegende Ausarbeitung dieser Konzepte abzielt. Diese werden im nächsten Schritt mit Hilfe einer Simulationssoftware detailliert untersucht und hinsichtlich Wärmeübertragungseigenschaften sowie Druckverlust optimiert. Nach einer erneuten Bewertung ist eine Fertigung der favorisierten Konzepte in Form von Prototypen für praktische Vermessungen und Optimierungen in einem Sonnensimulator vorgesehen sowie die Implementierung in ein neu zu entwickelndes Kollektorgehäuse. Das vorliegende Vorhaben wurde von der Firma Thermo|Solar AG in Zusammenarbeit mit dem KOMPETENZZENTRUM SOLARTECHNIK an der Fachhochschule Ingolstadt durchgeführt. Die Förderung des Vorhabens erfolgte durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt unter dem Aktenzeichen 21543. KW - Thermische Solaranlage KW - Absorber Y1 - 2005 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-3625 ER - TY - RPRT A1 - Trinkl, Christoph A1 - Zörner, Wilfried T1 - Planung, Errichtung, Betrieb und Optimierung einer solarunterstützten Gebäudeheizung in einem Altbau BT - Demonstrationsvorhaben Rationelle Energienutzung / Erneuerbare Energien ; Abschlussbericht N2 - Vor dem Hintergrund der weiteren Verbreitung solarunterstützter Heizungsanlagen auch im Gebäudebestand und der damit oftmals verbundenen Frage nach dem „richtigen“ Kollektortyp initiierte das KOMPETENZZENTRUM SOLARTECHNIK der Fachhochschule Ingolstadt ein Demonstrationsvorhaben zur experimentellen Untersuchung einer entsprechenden Anlage. So wurde ein solarunterstütztes Gebäudeheizungssystem in einem für den süddeutschen Gebäudebestand repräsentativen Zweifamilienhaus realisiert und mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet. Die Heizungsanlage besteht aus einem Schichtspeicher (800 l), einem Flachkollektorfeld (Bruttofläche: 6,42 m²) und einem Feld direktdurchströmter Vakuumröhrenkollektoren (15,6 m²). Als zusätzlicher Wärmeerzeuger ist ein Ölkessel (22 kW) vorhanden. Messtechnisch erfasst werden alle Wärmeerzeuger und -verbraucher sowie die Wetterbedingungen. Es zeigt sich in diesem Projekt, dass der Einsatz von solarer Heizungsunterstützung auch in bestehenden Gebäuden durchaus Sinn macht und nennenswerte Brennstoff- und damit CO2-Einsparungen erreicht werden können, falls bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind. Als sehr vorteilhaft am beschriebenen Gebäude muss dabei gewertet werden, dass der Heizwärmebedarf in weiten Teilen über Fußbodenheizsysteme mit niedriger Vorlauftemperatur abgedeckt wird. So ist die Einbindung der Solarsysteme in eine bestehende Heizungsanlage unter Weiterverwendung vorhandener Komponenten möglich und besonders sinnvoll. Es zeigte sich im Projektverlauf jedoch, dass die hydraulische und regelungstechnische Realisierung solcher verhältnismäßig komplexer Anlagen äußerste Sorgfalt erfordert. Hinsichtlich der Tauglichkeit der beiden Kollektortypen für solare Heizungsunterstützung bleibt festzuhalten, dass sowohl der eingesetzte Vakuumröhrenkollektor als auch der Flachkollektor prinzipiell dafür als sehr geeignet erscheinen. Dabei blieb der Vakuumröhrenkollektor jedoch hinter dem erwarteten Mehrertrag gegenüber dem Flachkollektor deutlich zurück. So offenbarte der Vakuumröhrenkollektor gerade im realen Winterbetrieb, der eigentlich eine Stärke dieses Kollektortyps darstellen sollte, konzeptionelle Schwächen. Nicht zuletzt angesichts der Tatsache, dass der Vakuumröhrenkollektor selbst bei relativ niedrigen Außentemperaturen keinen beträchtlichen Mehrertrag erbrachte, erscheint damit der Flachkollektor für solare Heizungsunterstützung auch in der Übergangszeit als technisch wie wirtschaftlich äußerst interessante Alternative. N2 - The CENTRE OF EXCELLENCE FOR SOLAR ENGINEERING of Ingolstadt University of Applied Sciences investigated a solar-assisted heating system in a two-family-house. The major targets of this project were the demonstration of solar energy utilisation in redeveloped family-houses as well as its potential of CO2 emission reduction. Furthermore, the behaviour of modern vacuum-tube and flat-plate collectors regarding hot water preparation and space heating was examined. The building, a two-family house, typical for rural regions, is located in the Bavarian countryside. It was originally built in the 1970ies and was modernised in the early 1990ies. A conservatory is integrated in the building. The building structure has a relatively high standard of thermal insulation. The existing heating system (oil furnace, flat-plate collectors, floor heating) was modified in this project by the integration of modern vacuum-tube collectors and a stratification tank. The building is equipped with flatplate collectors (6.42 m²), vacuum tube collectors (15.6 m²), a stratification tank (800 l) and an oil furnace (22 kW). Measurement equipment was installed in the building to monitor the thermodynamic behaviour of the components within the system, especially the solar fraction of both the vacuum-tube collectors and the flat-plate collectors. Apart from that, the storage tank was investigated mainly concerning stratification. The investigation showed that both collector types are suitable for solar-assisted heating systems. Both collector types work satisfying regarding their energy yield and the temperature levels delivered. Unexpectedly, the flat-plate collectors show a more favourable performance within this system than the vacuum tube collectors especially during winter time. This seems to be due to the vacuum-tube collectors being frosted comparably long. Apart from that, snow obviously covered the vacuum-tube collectors longer than the flat-plate collectors. The snow slipped off the flat-plate collectors’ glass cover but got stuck between the tubes of the vacuum-tube collectors. In general, both collector types are considered to be suitable for solar-assisted heating in Central European climates. The vacuum-tube collector, however, does not reach the additional energy yield expected. Thus, the flat-plate collector proves to be an interesting alternative for those systems. On the contrary, in winter times, which would be expected to be more favourable for the vacuum-tube collector, this collector type offered conceptual weaknesses. KW - Heizung KW - Thermische Solaranlage Y1 - 2005 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-3635 ER - TY - RPRT A1 - Häring, Georg A1 - Sonnleitner, Matthias A1 - Zörner, Wilfried A1 - Brügging, Elmar A1 - Bücker, Christin A1 - Wetter, Christof A1 - Vogt, Regine T1 - Handreichung zur Optimierung von Biogasanlagen N2 - Mit der Verabschiedung des Erneuerbare Energien-Gesetzes (EEG) im Jahr 2000 und den Novellierungen in den Jahren 2004 und 2009 wurde die Voraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb von Biogasanlagen geschaffen. Jedoch erfüllen nicht alle Biogasanlagen die Erwartungen einer nachhaltigen und klimaschonenden Energieerzeugung. Übereilt durchgeführte und damit unvollständige Planung und qualitativ fragwürdige Ausführung stellen die Hauptprobleme bei Biogasanlagen dar. Die Auswirkungen finden sich sowohl im ökonomischen als auch im ökologischen Bereich (Sonnleitner und Zörner 2008). Im Rahmen des Projekts „Ökologische und ökonomische Optimierung von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen“ wurden je 10 typische Biogasanlagen in Bayern (BY) und Nordrhein-Westfalen (MS) intensiv untersucht. In dieser Handreichung werden 10 konkrete, auf den Ergebnissen der Anlagenuntersuchungen basierende, technische, in die Praxis umsetzbare Lösungsansätze detailliert und verständlich für Planer, Hersteller und Anlagenbetreiber dargestellt. Die Konzepte zielen darauf ab, einerseits die Wirtschaftlichkeit von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen zu erhöhen und andererseits die Treibhausgasemissionen zu minimieren und damit die Ökologie von Biogasanlagen zu verbessern. KW - Biogasanlage Y1 - 2010 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-28 ER - TY - RPRT A1 - Häring, Georg A1 - Sonnleitner, Matthias A1 - Zörner, Wilfried A1 - Brügging, Elmar A1 - Bücker, Christin A1 - Wetter, Christof A1 - Vogt, Regine T1 - Ökologische und ökonomische Optimierung von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen BT - Abschlussbericht im Vorhaben ; BGA_OPT N2 - Im Rahmen des Projekts „Ökologische und ökonomische Optimierung von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen“ wurden je 10 typische Biogasanlagen in Bayern und Nordrhein-Westfalen hinsichtlich Effizienz und Betriebsweise intensiv untersucht. Ziel des vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit geförderten Vorhabens war es, konkrete, auf den Ergebnissen der Anlagenuntersuchung basierende, technische, in die Praxis umsetzbare Lösungsansätze zu erarbeiten und diese verständlich für Planer, Hersteller und Anlagenbetreiber darzustellen. Die im Projekt entstandenen Konzepte zielen darauf ab, einerseits die Wirtschaftlichkeit von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen zu erhöhen und andererseits die Treibhausgasemissionen zu minimieren und damit die Ökologie von Biogasanlagen zu verbessern. Die Kurzfassung der Ergebnisse wurde bereits in der „Handreichung zur Optimierung von Biogasanlagen“ veröffentlicht. Im vorliegenden Bericht wird zunächst die Vorgehensweise bei der Datenerhebung und -auswertung dargelegt. Dabei werden die durchgeführten Messungen (z.B. Eigenenergieverbrauch, Biogasleckstellen) detailliert beschrieben und es wird auf die herangezogenen Kennzahlen zur Bewertung von Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Klimagasbilanz eingegangen. Anschließend werden die 20 untersuchten Biogasanlagen hinsichtlich ihrer Betriebsweise und Effizienz beschrieben. Dabei werden allgemeine Kenndaten, der Substrateinsatz, die Funktionsweise, die Strom- und Wärmenutzung und die Steuerung bzw. messtechnische Ausrüstung der jeweiligen Biogasanlagen betrachtet. Anhand der im Rahmen der Anlagenuntersuchung erfassten Daten findet eine Bewertung des Ist-Stands statt, die in eine Schwachstellenanalyse mündet. Zur Identifikation von Defiziten und Problemen werden die jeweiligen Bewertungsbereiche gemäß des Prozessablaufs gegliedert und die 20 untersuchten Biogasanlagen gegenüber gestellt. Nach der Identifikation von Schwachstellen werden diese anhand eines Bewertungssystems auf deren Potenzial hinsichtlich Ökonomie, Ökologie und Umsetzung eingestuft und schließlich 10 Konzepte zur ökologischen und ökonomischen Optimierung von Biogasanlagen ausgearbeitet. Die 10 bedeutsamsten Verbesserungskonzepte sind: • Verkürzen der Transportwege zwischen Substratlager und Feststoffeinbringung, • Auswahl des optimalen Entfeuchtungsverfahrens, • Erhöhen der Substratausnutzung durch den Einsatz hocheffizienter Blockheizkraftwerke, • Erhöhen der Substratausnutzung durch Vermeiden von Biogasleckstellen, • Emissionsminderung und Erhöhen der Substratausnutzung durch Abdecken des Endlagers, • Verringern des Eigenenergieverbrauchs bei der Entschwefelung per Lufteinblasung, • Verringern des Eigenenergieverbrauchs bei der Feststoffeinbringung, • Erhöhen der Wärmenutzung durch strukturierte Vorgehensweise bei der Planung, • Erhöhen der Wärmenutzung durch Nachrüsten von Wärmemengenzählern, • Erhöhen des Auslastungsgrads des Blockheizkraftwerks. KW - Biogasanlage Y1 - 2011 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-33 ER - TY - RPRT A1 - Reiter, Christoph A1 - Trinkl, Christoph A1 - Zörner, Wilfried T1 - Kunststoffe in solarthermischen Kollektoren - Anforderungsdefinition, Konzeptentwicklung und Machbarkeitsbewertung BT - Abschlussbericht im Forschungsvorhaben Solarthermie2000plus N2 - Die Hersteller von Solarwärmeanlagen bemühen sich stetig um die Senkung der Herstellkosten, vor allem des Solarkollektors, des weithin sichtbaren „Herzstücks“ jeder Solarwärmeanlage. Massiv steigende Weltmarktpreise für die hauptsächlich eingesetzten Werkstoffe Aluminium und Kupfer laufen den Bemühungen nach weiteren Kostensenkungen in der Kollektorfertigung aber leider entgegen. Der Einsatz von alternativen Werkstoffen, wie etwa Kunststoffen, für Solarkollektoren wird daher als vielversprechend angesehen. Die Verwendung von Kunststoffen im Solarkollektorbau kann dabei gleich mehrere Vorzüge bieten. Neben der Einsparung von kostspieligem Kupfer und/oder Aluminium sind mit den polymeren Materialien durch eine mögliche Gewichtsreduzierung gleichzeitig auch Vorteile bei der Montage verbunden. Durch Nutzung moderner Fertigungstechnologien von Kunststoffformteilen kann zudem die Kollektorfertigung automatisiert und damit die Kosten weiter gesenkt werden. Allerdings sind mit dem Einsatz von Kunststoffen bei den thermisch oft hoch belasteten Solarkollektoren auch technologische Herausforderungen verbunden. So stellen beispielsweise die begrenzte Temperatur-, Druck-, UV- und Langzeitbeständigkeit sowie die gegenüber Kupfer schlechtere Wärmeleitfähigkeit kostengünstiger Kunststoffe hohe Hürden für deren Einsatz in Solarkollektoren dar. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden zunächst die auftretenden Temperaturlasten an den Kollektorbauteilen im Feldtest im Detail erfasst und in Jahreshistogrammen analysiert. Dabei erreicht der im System eingebundene Absorber Temperaturen von bis zu 192°C. Ein dauerhaft stagnierender Referenzabsorber erreicht 208°C und verweilt über 1.100 Stunden im Jahr auf einem Temperaturniveau von mehr als 95°C. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit einer Reduktion oder im besten Fall einer aktiven Kontrolle der auftretenden Temperaturbelastungen an einigen Bauteilen, wie etwa dem Absorber. Desweiteren wird aber auch deutlich, dass für sämtliche Gehäusebauteile die Temperaturbelastung nicht die zentrale Hürde für den Kunststoffeinsatz darstellt. Zusammenfassend zeigt sich in den Messungen, dass im Hinblick auf Werkstoffspezifikationen eine sehr diversifizierte Betrachtung der Temperaturverläufe auf Bauteilebene erforderlich ist, anstelle der Angabe einer einheitlichen Maximaltemperatur für den gesamten Kollektor. Anschließend wurden sowohl verfügbare als auch potenzielle Überhitzungsschutzmaßnahmen für solarthermische Kollektoren erfasst und hinsichtlich ihrer Wirkmechanismen systematisiert. Ausgewählte Maßnahmen wurden in einer Simulation unter Nutzung eines speziell entwickelten, dynamischen Kollektormodells auf ihr Einsatzpotenzial hin untersucht. Es zeigt sich. dass eine nennenswerte Reduktion der thermischen Belastung an den Kollektorbauteilen u.a. ohne Einbuße des Anlagenertrages mit verschiedenen Maßnahmen prinzipiell durchaus erreichbar ist und vor allem perspektivisch erreicht werden kann. Das bedeutet, es werden Lösungswege aufgezeigt um den Einsatz neuer Werkstoffe wie etwa kostengünstiger Massenkunststoffe sogar am Absorber, also dem aus Sicht der Temperaturbelastung kritischsten Bauteil, realisieren zu können. Die dargestellten Simulationsergebnisse zeigen darüber hinaus einerseits die Zielparameter für die zweifelsfrei noch erforderliche Entwicklung, andererseits aber auch das Anwendungspotenzial einzelner Lösungen wie etwa den thermochromen Schichten auf, das in der Zukunft in jedem Fall zu heben ist. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden Konzepte für Kunststoffkollektoren unter Nutzung adäquater Fertigungsverfahren entwickelt, um die Umsetzungs- und Gestaltungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Abschließend wurden diese Konzepte hinsichtlich der Herstellkosten mit Standard-Flachkollektoren verglichen, wobei Kunststoffkollektoren neben den Vorteilen bei der Montage und Installation ein Kostensenkungspotenzial von bis zu 50% Prozent aufweisen können. KW - Solarthermie Y1 - 2011 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-49 ER - TY - JOUR A1 - Mehta, Kedar A1 - Ehrenwirth, Mathias A1 - Missall, Siegmund A1 - Degembaeva, Nadira A1 - Akmatov, Kuban A1 - Zörner, Wilfried T1 - Energy Profiling of a High-Altitude Kyrgyz Community: Challenges and Motivations to Preserve Floodplain Ecosystems Based on Household Survey JF - Sustainability N2 - The floodplain areas along the Naryn River in Kyrgyzstan are essential as they hold the riparian (local) ecosystems because they provide firewood, pastureland, and areas for recreation and protection against erosion. Due to limited access to adequate, reliable, and sustainable energy services, the rural population usually derived their energy needs from multiple natural energy resources (i.e., firewood, charcoal, agricultural residues, animal dung, and wood branches). This is considered a common and predominant practice in rural Kyrgyzstan. This situation leads to a negative impact on local ecosystem services. In addition to that, the reliance on solid fuels contributes to indoor and outdoor air pollution, which is partially threatening the local ecosystem services. By contrast, the employment of renewable-based energy supply systems would substantially reduce the burden on the environment, which is mainly untapped. To integrate renewable energies, it is important to understand the energy behavior of floodplain communities. In that response, the presented article is the first attempt to capture the energy identity of the floodplain community of Kyrgyzstan based on a quantitative energy-based (on-site) household survey. Furthermore, the present research article synthesizes the driving factors that have a (direct or indirect) impact on the energy and local ecosystem services. In addition, the present article proposes a brief pathway for the sustainable energy transition. The article records the recommendation to integrate renewable energies to preserve the local ecosystems of Kyrgyzstan. UR - https://doi.org/10.3390/su132313086 KW - Central Asia KW - ecosystem services KW - energy pattern KW - energy profiling KW - floodplain community KW - high-altitude KW - household survey KW - Kyrgyzstan KW - renewable energies KW - sustainability Y1 - 2021 UR - https://doi.org/10.3390/su132313086 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-10895 SN - 2071-1050 N1 - This article belongs to the Special Issue "Floodplain Ecology and Sustainable Restoration with Regard to Ecosystem Services" VL - 13 IS - 23 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Mehta, Kedar A1 - Ehrenwirth, Mathias A1 - Trinkl, Christoph A1 - Zörner, Wilfried A1 - Greenough, Richard T1 - The energy situation in Central Asia BT - a comprehensive energy review focusing on rural areas JF - Energies N2 - The northern part of the globe is dominated by industrialisation and is well-developed. For many years, the southern part of the world (South Asia, Africa etc.) has been a target of research concentrating on access to energy (mainly electricity) in rural regions. However, the Central Asian region has not been a focus of energy research compared to South East Asia and Africa. Despite plentiful domestically available energy resources, the energy supply in Central Asia is very unevenly distributed between urban and rural areas. Almost half of the total population of Central Asia lives in rural areas and there is a lack of access to modern energy services to meet primary needs. To analyse the energy situation (i.e., electricity, heating, hot water consumption, cooking, etc.) in rural Central Asia, this paper reviews residential energy consumption trends in rural Central Asian regions as compared to urban areas. Furthermore, the paper illustrates the potential of renewable energies in Central Asia. To perform the study, a qualitative comparative analysis was conducted based on a literature review, data, and statistical information. In summary, the presented article discusses the rural energy situation analytically and provides in-depth insights of Central Asian energy infrastructure. UR - https://doi.org/10.3390/en14102805 KW - Central Asia KW - energy resources KW - rural energy supply KW - energy services KW - renewable energy Y1 - 2021 UR - https://doi.org/10.3390/en14102805 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-10908 SN - 1996-1073 VL - 14 IS - 10 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Bugaje, Aminu A1 - Ehrenwirth, Mathias A1 - Trinkl, Christoph A1 - Zörner, Wilfried T1 - Electric two-wheeler vehicle integration into rural off-grid photovoltaic system in Kenya JF - Energies N2 - In both rural and urban areas, two-wheeler vehicles are the most common means of transportation, contributing to local air pollution and greenhouse gas emissions (GHG). Transitioning to electric two-wheeler vehicles can help reduce GHG emissions while also increasing the socioeconomic status of people in rural Kenya. Renewable energy systems can play a significant role in charging electric two-wheeled vehicles, resulting in lower carbon emissions and increased renewable energy penetration in rural Kenya. As a result, using the Conventional and Renewable Energy Optimization (CARNOT) Toolbox in the MATLAB/Simulink environment, this paper focuses on integrating and modeling electric two-wheeled vehicles (e-bikes) into an off-grid photovoltaic Water-Energy Hub located in the Lake Victoria Region of Western Kenya. Electricity demand data obtained from the Water-Energy Hub was investigated and analyzed. Potential solar energy surplus was identified and the surplus was used to incorporate the electric two-wheeler vehicles. The energy consumption of the electric two-wheeler vehicles was also measured in the field based on the rider’s driving behavior. The modeling results revealed an annual power consumption of 27,267 kWh, a photovoltaic (PV) electricity production of 37,785 kWh, and an electricity deficit of 370 kWh. The annual results show that PV generation exceeds power consumption, implying that there should be no electricity deficit. The results, however, do not represent the results in hourly resolution, ignoring the impact of weather fluctuation on PV production. As a result, in order to comprehend the electricity deficit, hourly resolution results are shown. A load optimization method was designed to efficiently integrate the electric 2-wheeler vehicle into the Water-Energy Hub in order to alleviate the electricity deficit. The yearly electricity deficit was decreased to 1 kWh and the annual electricity consumption was raised by 11% (i.e., 30,767 kWh), which is enough to charge four more electric two-wheeler batteries daily using the load optimization technique. UR - https://doi.org/10.3390/en14237956 KW - Lake Victoria KW - photovoltaic KW - off-grid KW - model KW - electric two-wheeled vehicle KW - Water-Energy Hub KW - CARNOT Y1 - 2021 UR - https://doi.org/10.3390/en14237956 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-11070 SN - 1996-1073 VL - 14 IS - 23 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Bär, Katharina A1 - Wageneder, Stefanie A1 - Solka, Felix A1 - Saidi, Abdessamad A1 - Zörner, Wilfried T1 - Flexibility Potential of Photovoltaic Power Plant and Biogas Plant Hybrid Systems in the Distribution Grid JF - Chemical Engineering & Technology N2 - The potential of combining biogas and photovoltaic (PV) power plants in hybrid systems in the German distribution grid is analyzed. The focus of the present research is on balancing the intermittent power supply from PV power plants with the controllable power production of combined heat and power (CHP) units of biogas plants within a period of seconds. To achieve an increase of the total energy feed-in of biogas and PV power plants to the electricity grid, a biogas plant energy management system is described. System parameters, such as the variable feed-in of PV power plants or power ramps of the start-up process of controllable biogas plant CHP unit, are described and adapted to the global installed capacity of PV power plant and biogas plants in the German distribution grid. UR - https://doi.org/10.1002/ceat.202000025 KW - Biogas KW - Combined heat and power units KW - Distribution grid KW - Flexible electricity production KW - Photovoltaic power plants Y1 - 2020 UR - https://doi.org/10.1002/ceat.202000025 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-9380 SN - 1521-4125 VL - 43 IS - 8 SP - 1571 EP - 1577 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Dotzauer, Martin A1 - Pfeiffer, Diana A1 - Lauer, Markus A1 - Pohl, Marcel A1 - Mauky, Eric A1 - Bär, Katharina A1 - Sonnleitner, Matthias A1 - Zörner, Wilfried A1 - Hudde, Jessica A1 - Schwarz, Björn A1 - Faßauer, Burkhardt A1 - Dahmen, Markus A1 - Rieke, Christian A1 - Herbert, Johannes A1 - Thrän, Daniela T1 - How to measure flexibility - Performance indicators for demand driven power generation from biogas plants JF - Renewable Energy N2 - Flexible power provision from biogas can significantly contribute to energy systems with high shares of renewables. However, the characteristics and demands for this flexibility are not clearly defined or measured. In this paper eight indicators are defined to shape “flexibility” and perform a downstream investigation of eight research projects focusing on flexible energy provision of biogas plants. The indicators are structured in three dimensions (1) velocity (ramps) by which the system can be modulated, (2) power range (bandwidth) and (3) duration for specific load conditions. Based on these indicators bottlenecks for the flexibility potential were identified. One crucial result shows that short-term flexibility of biogas plants is mainly driven by properties of the combined heat and power unit (velocity and bandwidth). The long-term flexibility depends mainly on gas storage, mode of operation and ability for modulation of the target gas production. UR - https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.10.021 KW - Demand-orientated power generation KW - Flexible bioenergy generation KW - Biogas plants KW - Flexibility indicators KW - Gas production modulation KW - Anaerobic digestion Y1 - 2018 UR - https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.10.021 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-9538 SN - 1879-0682 SN - 0960-1481 VL - 2019 IS - 134 SP - 135 EP - 146 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Reiter, Christoph A1 - Trinkl, Christoph A1 - Zörner, Wilfried A1 - Hanby, Victor Ian T1 - A Dynamic Multinode Model for Component-Oriented Thermal Analysis of Flat-Plate Solar Collectors JF - Journal of Solar Energy N2 - A mathematical model of a flat-plate solar collector was developed on the basis of the physical principles of optics and heat transfer in order to determine collector’s component temperatures as well as collector efficiency. In contrast to many available models, the targeted use of this dynamic model is the detailed, theoretical investigation of the thermal behaviour of newly developed or adjusted collector designs on component level, for example, absorber, casing, or transparent cover. The defined model is based on a multinode network (absorber, fluid, glazing, and backside insulation) containing the relevant physical equations to transfer the energy. The heat transfer network covers heat conduction, convection, and radiation. Furthermore, the collector optics is defined for the plane glazing and the absorber surface and also considers interactions between them. The model enables the variation of physical properties considering the geometric parameters and materials. Finally, the model was validated using measurement data and existing efficiency curve models. Both comparisons proved high accuracy of the developed model with deviation of up to 3% in collector efficiency and 1 K in component temperatures. UR - http://dx.doi.org/10.1155/2015/280694 Y1 - 2015 UR - http://dx.doi.org/10.1155/2015/280694 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-9637 SN - 2314-6230 VL - 2015 PB - Hindawi Publ. CY - New York; Cairo ER - TY - JOUR A1 - Ngetuny, Joshua A1 - Baldauf, Tobias A1 - Zörner, Wilfried T1 - Optimizing Feedstock Selection for Sustainable Small-Scale Biogas Systems Using the Analytic Hierarchy Process JF - Energies N2 - Small-scale biogas systems can play a pivotal role in sustainable energy provision, particularly in developing countries. However, their dependence on livestock manure as the only feedstock poses challenges to their adoption and long-term viability. This often leads to insufficient biogas production and plant abandonment. This study proposes co-digestion of livestock manure with other farm residues to enhance the technical sustainability of small-scale biogas systems by ensuring adequate and consistent biogas production throughout the plant’s lifespan, minimizing the risks associated with reliance on a single feedstock. A novel feedstock selection approach is developed using the Analytic Hierarchy Process (AHP), a multicriteria decision-making method, to prioritize feedstocks based on adequacy, supply consistency, and logistical ease. AHP is chosen due to its capability to handle both quantitative and qualitative evaluation criteria. This approach is applied to the Fès-Meknès region of Morocco, which offers abundant livestock and crop residues alongside product utilization pathways. The prioritization and ranking of the potential feedstocks identified in the region reveals cattle manure as the top-ranked feedstock due to its consistent supply and ease of collection, followed by straw, valued for its storability and nutrient stability. Sheep, horse, and chicken manure ranked third, fourth, and fifth, respectively, while household food waste and fruit and vegetable residues, limited by seasonality and perishability, were ranked lower. Based on these findings, co-digestion of cattle manure and straw is proposed as a sustainable strategy for small-scale biogas plants in Fès-Meknès, addressing feedstock shortages, enhancing biogas production, and reducing plant abandonment. This approach strengthens technical sustainability and promotes the broader adoption of biogas technologies in developing countries. UR - https://doi.org/10.3390/en18071739 Y1 - 2025 UR - https://doi.org/10.3390/en18071739 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-57915 SN - 1996-1073 VL - 18 IS - 7 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Mehta, Kedar A1 - Zörner, Wilfried T1 - Optimizing Agri-PV System: Systematic Methodology to Assess Key Design Parameters JF - Energies N2 - Agrivoltaic (Agri-PV) systems face the critical challenge of balancing photovoltaic energy generation with crop productivity, yet systematic approaches to quantifying the trade-offs between these objectives remain scarce. In this study, we identify nine essential design indicators: panel tilt angle, elevation, photovoltaic coverage ratio, shading factor, land equivalent ratio, photosynthetically active radiation (PAR) utilization, crop yield stability index, water use efficiency, and return on investment. We introduce a novel dual matrix Analytic Hierarchy Process (AHP) to evaluate their relative significance. An international panel of eighteen Agri-PV experts, encompassing academia, industry, and policy, provided pairwise comparisons of these indicators under two objectives: maximizing annual energy yield and sustaining crop output. The high consistency observed in expert responses allowed for the derivation of normalized weight vectors, which form the basis of two Weighted Influence Matrices. Analysis of Total Weighted Influence scores from these matrices reveal distinct priority sets: panel tilt, coverage ratio, and elevation are most influential for energy optimization, while PAR utilization, yield stability, and elevation are prioritized for crop productivity. This methodology translates qualitative expert knowledge into quantitative, actionable guidance, clearly delineating both synergies, such as the mutual benefit of increased elevation for energy and crop outcomes, and trade-offs, exemplified by the negative impact of high photovoltaic coverage on crop yield despite gains in energy output. By offering a transparent, expert-driven decision-support tool, this framework enables practitioners to customize Agri-PV system configurations according to local climatic, agronomic, and economic contexts. Ultimately, this approach advances the optimization of the food energy nexus and supports integrated sustainability outcomes in Agri-PV deployment. UR - https://doi.org/10.3390/en18143877 Y1 - 2025 UR - https://doi.org/10.3390/en18143877 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-61136 SN - 1996-1073 VL - 18 IS - 14 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Mehta, Kedar A1 - Wright, Andrew A1 - Brown, Neil A1 - Zörner, Wilfried T1 - Transitioning to Low-Carbon Heating: Decision-Making Approach for Cold Communities JF - Clean Energy N2 - Selecting a sustainable heat energy supply system for high-altitude, cold-climatic communities in developing countries is essential for both decision-makers and the scientific community. However, no comprehensive guide or framework exists to address this issue and decarbonize cold communities sustainably. This research aims to fill that gap by identifying and developing a methodology for selecting a suitable heat energy supply system, using Kyrgyzstan as a case study. The approach takes into account renewable energy sources, local conditions, and specific criteria necessary for designing a sustainable energy supply. The paper introduces a decision-making framework based on 17 criteria, covering geographical, environmental, economic, technical, and social aspects, derived from the opinions of over 20 experts. This framework serves as a guide for selecting and designing an appropriate heat energy supply system. Five heat supply options are analyzed in Kyrgyzstan’s high-altitude, cold rural setting to demonstrate the framework's potential. The analysis reveals that centralized district heating is the most suitable solution, scoring 79% for system selection. This methodology is partially or fully transferable to regions or countries with similar climates and local circumstances, offering a valuable resource for the development of sustainable heat energy solutions in cold, high-altitude communities. UR - https://doi.org/10.1093/ce/zkaf010 Y1 - 2025 UR - https://doi.org/10.1093/ce/zkaf010 UR - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:573-58214 SN - 2515-396X VL - 9 IS - 4 PB - Oxford University Press CY - Oxford ER - TY - CHAP A1 - Beringer, Jakob A1 - Mehta, Kedar A1 - Ehrenwirth, Mathias A1 - Zörner, Wilfried ED - Söllner, Matthias ED - Pirkl, Gerald T1 - Sustainable materials for insulating high-altitude rural Kyrgyz residential houses: A parametric economic study T2 - Applied Research Conference 2021, Conference Proceedings Y1 - 2021 UR - https://www.oth-aw.de/files/oth-aw/Aktuelles/Veroeffentlichungen/Applied_Research_Conference_ARC2021_Proceedings.pdf SP - 183 EP - 188 PB - Ostbayerische Technische Hochschule Amberg-Weiden CY - Amberg ER - TY - CHAP A1 - Knepper, Karoline A1 - Ehrenwirth, Mathias A1 - Zörner, Wilfried ED - Söllner, Matthias ED - Pirkl, Gerald T1 - Potential of e- mobility in rural areas – Evaluation of opportunities and barriers based on literature review T2 - Applied Research Conference 2021, Conference Proceedings Y1 - 2021 UR - https://www.oth-aw.de/files/oth-aw/Aktuelles/Veroeffentlichungen/Applied_Research_Conference_ARC2021_Proceedings.pdf SP - 216 EP - 220 PB - Ostbayerische Technische Hochschule Amberg-Weiden CY - Amberg ER - TY - CHAP A1 - Riedmaier, Thomas A1 - Bär, Katharina A1 - Zörner, Wilfried ED - Söllner, Matthias ED - Pirkl, Gerald T1 - Comparison of different calculation methods for the outflow from pressurized vessels T2 - Applied Research Conference 2021, Conference Proceedings Y1 - 2021 UR - https://www.oth-aw.de/files/oth-aw/Aktuelles/Veroeffentlichungen/Applied_Research_Conference_ARC2021_Proceedings.pdf SP - 258 EP - 263 PB - Ostbayerische Technische Hochschule Amberg-Weiden CY - Amberg ER -