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Mehr Energie durch Sonne

Im Sommer mit warmer Luft das Heizmaterial für den Winter aufzuwerten, ist die Idee der solaren Hackguttrocknung.

Wasser ist im Holz chemisch, physikalisch oder durch Kapillarkräfte gebunden. Je mehr Wasser im Holz enthalten ist, desto geringer ist sein Heizwert. Während des Verbrennungsvorganges muss Wasser unter hohem Energieaufwand „verdampft“ werden: Bei rund 88 % Wassergehalt wird die gesamte Energie aus der Verbrennung für das Verdampfen von Wasser aufgewendet, der Heizwert erreicht den Wert Null.

Bei der Entfernung des freien Wassers aus dem Holzkörper spielt das Trocknungspotenzial der Luft eine bedeutende Rolle. Das Potenzial steigt mit zunehmender Temperatur und abnehmender relativer Luftfeuchtigkeit. Diesen Effekt wendet man bei der solaren Hackguttrocknung an.

Know-how vom Kaffeetrocknen

Bei dem System der Biomassetrocknung wird Luft ganzflächig unter dem Hackgut verteilt, und kann durch den eigens patentierten Siebboden großflächig durchströmen. Die Fa. Cona, Ried im Traunkreis, beschäftigt sich seit Jahren mit der solaren Trocknung von Kaffee und tropischen Früchten in Süd- und Mittelamerika. Daher war der Gedanke, das Wissen und diese Erfahrungen in Europa zur Trocknung von Hackgut einzusetzen, ein naheliegender. Cona kann in Oberösterreich mittlerweile auf eine Reihe umgesetzter solarer Trocknungsanlagen verweisen.

Stromsparende Ventilatoren

Bei solaren Luftkollektoren erwärmt sich Luft im Inneren des Kollektors. Ein energiesparender Ventilator saugt die Luft durch die Kollektoren und bringt sie zu den Trocknungsboxen. Auf die Boxen sind schrägliegende Roste, sogenannte Kiemenpaneele, aufgebaut. Dadurch ist nur ein geringer Druckaufbau notwendig, um die erwärmte Luft gleichmäßig über die große Oberfläche der Schrägroste durch das Hackgut strömen zu lassen. Es können sehr energiesparende Axial-Ventilatoren mit bis 0,4 kW Leistung eingesetzt werden. Messungen haben ergeben, dass nur 1,5 bis 3 kWh Stromeinsatz pro Schüttraummeter Hackgut nötig ist, um das Material zu trocknen und eine entsprechende Aufwertung im Heizwert zu erzielen.

Die Schütthöhe ist zur idealen Durchlüftung mit 1,50 Metern begrenzt. Ein Trocknungsvorgang dauert je nach Sonnenstand ca. zwei bis drei Wochen.

1200 srm pro Jahr

Die Jahrestrocknungsleistung einer Anlage mit 60 m2 Kollektorfläche beträgt etwa 1.200 Schüttraummeter. Erfahrungsgemäß kann eine solare Trocknungsanlage in dieser Größe durchschnittlich 12 mal pro Jahr wiederbefüllt werden. Die Hackschnitzel werden dabei auf ca. 15 % Wassergehalt getrocknet. Die Trocknung wird effektiver, wenn während der Trocknungszeit das Schüttgut mehrmals aufgelockert bzw. umgewälzt wird. Bei der Ausrichtung der Kollektoren sollte darauf geachtet werden, dass im Sommer eine optimale Südausrichtung bei einem Winkel von 30 bis 45 Grad beste Ergebnisse erzielt.

Bei der Beurteilung der solaren Hackguttrocknung sind sowohl volkswirtschaftliche als auch betriebswirtschaftliche Aspekte zu berücksichtigen. Die Anschaffungskosten einer solaren Hackschnitzeltrocknungsanlage (mit einem Fassungsvolumen von etwa 85 Schüttraummeter je Charge und einer Solarfläche von 60 m²) belaufen sich auf etwa 15.000 Euro netto. Durch die Trocknung des eigenen Heizmaterialbedarfs könnte ein Viertel der benötigten Brennstoffmenge eingespart werden. Die Kapazität der Anlage von 1.200 Schüttraummeter ermöglicht für einen durchschnittlichen landwirtschaftlichen Betrieb auch Lohntrocknung von einigen Hundert Schüttraummetern. Dadurch wird die Amortisationszeit der Anlage entsprechend verkürzt. Die Betriebskosten für Traktor, Strom und Handling werden mit einem Euro je Schüttraummeter angegeben.        

Vorteile von trockenem Heizmaterial

  • Verlängerung der Lebensdauer des Kessels: Zu feuchtes Brennmaterial kann die Lebensdauer des Heizkessels (vor allem im Teillastbereich) verringern. Auch bei Abgaswerten und Aschenbildung weist  feuchtes Hackgut schlechtere Werte auf als ideales Heizmaterial.
  • Vermeidung von Schimmelbildung: Feuchtes Hackgut, welches ohne Trocknung gelagert wird, bildet Schimmel. Gesundheitsschädliche Belastungen können die Folge sein. Energieholz unter 20 bis 30  Wassergehalt ist für Mikroorganismen schwer abbaubar.
  • Lagerfähigkeit: Zu feuchtes Hackgut bringt neben der erwähnten Schimmelbildung weitere Probleme mit sich. Zum einen die Selbsterwärmung und in der Folge eine erhöhte Brandgefahr. Durch chemische Umsetzungsprozesse kommt es zur Vermoderung des Materials. Damit ist ein erheblicher Substanz- und folglich ein Energieverlust verbunden.

Durch die rasche Trocknungszeit der Hackschnitzel werden keine bestimmten Erntezeiten vorgegeben. Aufgrund des höheren Heizwertes von trockenem Hackgutes, wird einerseits entsprechend weniger Material verbrannt, andererseits muss in Summe weniger Brennstoff transportiert werden. Bei Transporten von großen Hackgutmengen kann auch die Frage des Gewichts eine Rolle spielen: auch hier gibt es entsprechend hohe Einsparungspotenziale.

Mit dem Einsatz von Solarenergie bei der Trocknung von Hackgut werden erneuerbare Energiequellen miteinander verknüpft: Für die Solartrocknung nutzbare Sonnenenergie steht uns überwiegend im Sommer zur Verfügung. Mit der Trocknung von Hackgut wird Heizmaterial im Sommer aufgewertet und steht in der kalten Jahreszeit mit wesentlich höherem Energiegehalt zur Verfügung.

Für einen effektiven Klimaschutz ist die Verknüpfung vieler Maßnahmen notwendig. Der Einsatz CO2-neutraler Energieträger und die Wichtigkeit von Energieeffizienz sind dabei besonders wichtig. Bei durch Sonnenenergie getrocknetem Hackgut werden beide Aspekte sinnvoll vereint.

 Dipl.-Ing. Albert Steinegger

Das Konzept scheint gleichermaßen einfach wie genial: Mit überschüssiger Sommer-Sonnenenergie werden frische Hackschnitzel getrocknet, um sie dann einzulagern und im Winter aus dieser erstklassigen Ware bei bestem Wirkungsgradwohl ige Wärme zu gewinnen.

Erfahrungen aus Süd- und Mittelamerika

Die Idee für dieses Konzept hat das ursprünglich auf fairen Handel mit Handwerk spezialisierte Handelsunternehmen Cona, mit Sitz im oberösterreichischen Voitsdorf bei Ried im Traunkreis, in Süd- und Mittelamerika gefunden.

Dort galt es unter anderem Kaffee und tropischen Früchte sowie Tropenschnittholz zu trocknen. Am kostengünstigsten gelang dies mit Solarenergie. Aufbauend auf den guten Erfahrungen in Amerika ging das Team daran, die Erfahrungen auch für Europa nutzbar zu machen. Es wurde eine spezielle Hackschnitzeltrocknung entwikkelt, die auch bei Heu zum Einsatz kommen kann.

Durch diese Innovationen kann das System stromsparend arbeiten, was Grundlage für die Wirtschaftlichkeit ist. Cona spricht davon, dass mit 1 bis 2 kWh Energieaufwand aus Strom im Sommer rund 150 bis 200 kWh thermische Leistung mehr im Winter aus einem Schüttraummeter trockene Hackschnitzel herausgeholt werden können.

Entscheidend ist der Kollektor

Österreich ist europaweit führend in der Entwicklung und im Bau von Solarkollektoren für die Warmwasseraufbereitung. Kollektoren für die solare Lufterwärmung sind aber im Inneren gänzlich anders aufgebaut.

Cona hat in diesem Bereich viel Entwicklungsarbeit geleistet und hat nun eigene Solarluftkollektoren mit speziellen Luftabsorbern im Einsatz. Ein Kollektor dieser Bauart kann rund 600 Watt Energie je Quadratmeter an die Luft abgeben. Im Vergleich dazu geben Photovoltaikzellen nur rund 120 bis 130 Watt Energie je Quadratmeter weiter.

Luft hat im Gegensatz zu Wasser einige für den Trocknungseinsatz dankbare Eigenschaften. Sie lässt sich rasch erwärmen und kann bereits bei geringer Sonneneinstrahlung verwertbare Temperaturen erbringen. Ein Beispiel: ein von 10 auf 15 Grad erwärmtes Wasser bringt noch recht wenig Nutzen. Eine um 3 bis 5 Grad erwärmte Luft kann aber zB die Trocknungszeit von Heu schon halbieren.

Externe Energie für die Luftbewegung

Bei solaren Trocknungsanlagen wird Fremdenergie zum Bewegen der Ventilatoren gebraucht. Schließlich gilt es, die warme Luft vom Kollektor anzusaugen und sodann mit möglichst geringem Druck durch das Trocknungsgut, also die Hackschnitzel, zu pressen.

Dabei gilt die Formel: Die benötigte elektrische Energie ist gleich Luftvolumen mal Druck. Wenn es gelingt, ein System zu entwickeln, dass mit diesen beiden Faktoren sparsam umgeht, dann wird Energie gespart. Sinngemäß heißt das Ziel also, wenig aber dafür warme Luft zum Trocknen zu verwenden.

Cona hat zur Druckoptimierung eigene Schrägroste entwickelt, auf die das Hackgut im Schüttwinkel etwa 1,5 m hoch aufgebracht wird. Durch die erwärmte Trocknungsluft und den geringen Druck am Schrägrost können stromsparende Axialventilatoren zur Luftbewegung zum Einsatz kommen.

Argumente für die Hackschnitzeltrocknung

- aufwendiges Spalten desRundholzes kann unterbleiben
- trockenes Hackgut ist besser lagerbar
- keine Schimmelbildung und Erwärmung am Haufen
- keine Vermoderung und daher kein Energieverlust
- höherer Heizwert● bessere Abgaswerte
- höhere Kessellebensdauer
- weniger Transportkosten
- besserer Erlös

Anlagen gemeinschaftlich nutzbar

Die kleineren Anlagen sind auf die Trocknung von 500 bis 1.000 srm Hackgut jährlich ausgelegt. Das ist für einen einzelnen Haushalt aber auch Betrieb zumeist zuviel. Deshalb empfiehlt sich der Einbau dieser Trocknung besonders für größere Betriebe oder professionelle Hackguterzeuger sowie für Gemeinschaftsanlagen.

Die Kosten

Zwischen 10.000 und 15.000 Euro kostet eine gesamte von Cona geplante Anlage. In diesem Preis enthalten sind 30 bis 40 m² Solarkollektorfläche, sämtliche isolierte Luftleitungen, die Ventilatoren, die Steuerung sowie der Schrägrost –Belüftungsboden mit 50 bis 60 srm Füllungsvermögen. Diese Hackschnitzelmenge kann in ein bis drei Wochen getrocknet werden. Im Schnitt können also über einen Sommer rund 10 Füllungen getrocknet werden. Im Bundesland Oberösterreich werden die Anlagen im Bereich der Investitionsförderung im Forstbereich mitgefördert.

Zehn Anlagen dieser Art sind derzeit in Betrieb. Eine zur Gänze von Cona geplante und ausgeführte Anlage steht bei Konrad Grundner in Windischgarsten und wird im folgenden Kasten vorgestellt. Solare Trocknungsanlage wie diese können auf einfache Art und Weise auch in bestehende Hallen nachgerüstet werden, da durch den Schrägrost keine Grabungsarbeiten und Bodenleitungen nötig sind.