Gerätevergleich Lebensmittel mit Solarstrom frisch halten (Beitrag – Fachzeitschrift 'Sonnenenergie' Nov. 2001)

>> SONNE, DAMIT ES KÜHLT!

Was liegt näher, als zur Kühlung mit Solarstrom einen handelsüblichen Kompressor-Kühlschrank mit 230 oder 110 Volt Wechselspannung (AC) zu verwenden. Bei diesen Geräten verdichten Kompressoren ein Kältemittel. Anschliessend wird es über ein Expanderventil geleitet, kühlt sich stark ab und kann nun Wärme aus dem Inneren des Kühlgerätes aufnehmen. Über einen rückseitigen Wärmetauscher geben sie die Wärme an die Umgebung ab. Da die Stromgestehungskosten von Photovoltaiksystemen relativ hoch sind, sollte man auf besonders sparsame Modelle achten. Die besten haben einen Stromverbrauch von unter 300 Wattstunden pro Tag bei einem Volumen von weit über 100 Litern. Allerdings ist ein Wechselrichter zum Betrieb des Kühlgerätes nötig. Zwar haben die meisten AC-Kühlgeräte eine Nennleistungsaufnahme von weniger als 100 Watt. Zum Start des Kompressors wird aber zumeist die 15 bis 25-fache Leistung benötigt. Das macht einen leistungsstarken Wechselrichter notwendig. Ist das Gerät einmal angelaufen, befindet sich der Wechselrichter mit dem Kühlschrank im unteren Teilleistungsbereich, was zu eher dürftigen Wirkungsgraden führt. Aus den genannten 300 Wattstunden Tagesverbrauch werden so schnell 400 Wattstunden oder mehr. Probleme bereiten oft die hohen Anlaufströme, da manchmal die Batterie oder die Verkabelung die erforderlichen Spitzenströme nicht zulassen.
Trotzdem ist diese Lösung mit relativ geringen Kosten verbunden, sofern ein Gerät mit grossem Stauvolumen und hoher Kühlleistung gewünscht ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Wechselrichter auch zum Betrieb anderer Wechselstromgeräte verwendet werden kann. Deshalb wird die beschriebene Lösung nur in sehr grossen Systemen angewandt.

>> GERÄTE MIT GLEICHSTROM-KOMPRESSOREN
Kühlgeräte mit Gleichstrom-Kompressoren (DC) benötigen keinen Wechselrichter. Deshalb sind die Gesamtsysteme kostengünstiger als ein Wechselstrom-Kühlgerät mit einem Wechselrichter. Wegen des relativ geringen Stromverbrauchs dieser Geräte, halten sich auch die Kosten für das Solarsystem in Grenzen. Kühlgeräte mit Gleichstrom-Kompressoren haben meist ein relativ geringes Volumen). Sie sollten dicht bei der Batterie untergebracht sein, um hohe Anlaufprobleme zu vermeiden. Die Batterie darf nicht zu klein gewählt werden.

>> ABSORBER-KÜHLGERÄTE
Für Wohnmobile und Caravans kommt immer noch das alt bekannte Absorber-Kühlgerät zum Einsatz. Wie in Kompressor-Geräten wird auch bei Absorber-Kühlgeräten durch ein Expanderventil entspanntes Kältemittel in den Verdampfer geleitet. Das verdampfende Kältemittel entzieht dem Kühlraum Wärme. Der Kältemitteldmpf wird in einem nachgeschalteten Absorber ins Wasser gelöst. Die frei werdende Lösungswärme muss abgeführt werden. Nachfolgend findet eine Trennung der Lösung durch Aufheizung über eine elektrische Widerstandsheizung, eine Gasflamme oder einen Parabolspiegel statt. Wieder kondensiertes, reines Kältemittel wird zur neuerlichen Wärmeaufnahme dem Verdampfer zugeführt. Nach der Verflüssigung des Kältemittels beginnt der Prozess von neuem. Hauptvorteil dieser Geräte ist die mögliche flexible Energieversorgung mit unterschiedlichen Energiequellen. Diese Flexibilität wird aber wegen des hohen Stromverbrauchs teuer bezahlt. Typisch sind Verbrauchswerte von 2.000 Wattstunden pro Tag. Sollte es möglich sein, die Wärme direkt mit einer solarthermischen Anlage zurVerfügung zu stellen, könnten Absorberkühl-Geräte eine interessante Option darstellen. Kommerziell werden solche Systeme bislang aber nicht angeboten.

>> PELTIER-KÜHLBOXEN
Die Funktion von Peltierelementen beruht auf der Umkehrung des Thermoeffekts. Durch Anlegen einer Spannung wird eine der Flächen eines speziellen Halbleiter-Bausteins kalt, die andere warm. Diesen Effekt kann man zur Kühlung nutzen. Im Kaufpreis unschlagbar billig sind kleine Peltier-Kühlboxen. lm Wirkungsgrad schlechte Peltierelemente, geringe Isolation und ein ungeregelter Betrieb führen allerdings zu hohen Energieverbräuchen. Die Wärme wird zumeist mit einem einfachen Lüfter vom Peltierelement abgeführt. Der Tagesverbrauch dieser Geräte liegt bei 1.000 Wattstunden pro Tag oder darüber. Damit sind diese Geräte unwirtschaftlich. Leider werden sie trotzdem gelegentlich in PV- Systemen eingesetzt. Frustration und Zweifel an der Funktion der Solaranlage insgesamt sind die Folge.

>> INNOVATIVE PELTIER-KÜHLGERÄTE
Nicht zu verwechseln mit den oben genannten Peltier-Kühlboxen sind neuartige, aber erheblich teurere Peltier-Kühlgeräte. Effizien- tere Peltierelemente in Kombination mit einer intelligenten Regeltechnik führen zu einem Kompromiss hinsichtlich hoher Investitionen und zu erzielender Kühlleistung. Diese fortschrittlichen Geräte unterscheiden sich von billigen Camping-Kühlboxen in der Art des Wärmetransports. Während bei den einfachen Geräten simple Kühlkörper mit Luftkühlung eingesetzt werden, kommen bei den neuartigen Peltiergeräten Flüssigkeitskühlkreise oder Wärmerohre zum Einsatz. Solche Geräte weisen bei einer mittleren Kühlleistung einen Tagesverbrauch von 150 bis 300 Wattstunden auf. Die Anschaffungskosten sind weit geringer als bei AC- oder DC-Kompressoren.
Probreme beim Anlauf der Geräte gibt es nicht. Zum Betrieb reicht eine kleine Batterie mit einem langen Kabel aus. Vorteilhaft ist die Regelbarkeit des Peltierelements. Durch eine intelligente Betriebsführung kann die sonst in Solarstromanlagen anfallende Überschussenergie in das Kühlgerät abgeführt werden. Wer aber schnell grössere Mengen von Getränken kühlen oder Eiswürfel bereiten will, für den ist dieses Gerät keine Lösung.

>> KÄLTESPEICHERUNG
Einige der genannten Kühlgeräte können zusätzlich durch einen Kältespeicher aufgewertet werden. Dabei wird das Kühlgerät bevorzugt bei Sonne und vollem Akkumulator eingeschaltet. So ist es möglich, die auf diese Weise erzeugte Kälte in einem Latentspeicher im Kühlgerät zu speichern und den Akkumulator deutlich zu entlasten. Voraussetzung ist aber eine intelligente Betriebsführung, die ein vollständiges Laden des Akkumulators sicherstellt. Bei Verwendung eines innovativen Peltier-Kühlgerätes besteht durch die stufenlose Regelbarkeit des Peltierelements die Möglichkeit, die gesamte Überschussenergie in den Kältespeicher einzulagern. Deshalb ist dieses Kühlgerät wie geschaffen für ein PV-System.

>> FÜR WELCHE ANWENDUNGEN DIE KÜHLGERÄTE AM BESTEN GEEIGNET SIND
Wegen der teilweise grossen Unterschiede bei den Gerätetypen ist es nicht einfach, einen direkten Vergleich durchzuführen. Deshalb gibt es auch nicht ein eindeutig besseres oder schlechteres Kühlgerät. Vielmehr hat jedes Gerät seine Stärken für einen bestimmten Einsatzfall. Peltierboxen und Absorber-Kühlgeräte wie es sie für den gele- gentlichen Freizeiteinsatz im Angebot gibt, sind im Kaufpreis zwar günstig, für einen Einsatz in Solaranlagen aber wegen der hohen Folgekosten ungeeignet. Für eine reine Lebensmittelkühlung sind innovative Peltier-Kühlgeräte gut geeignet. Kommt es zu einem hohen Kühlgutumschlag oder ist ein Eisfach erforderlich, sollte man auf ein DC-Kompressorgerät zurückgreifen. Ist zusätzlich ein grosses Volumen erforderlich und im System ohnehin ein Wechselrichter vorhanden, liefert ein AC-Kühlgerät gute Dienste.

Kompressor-Kühlbox: Der Kompressor hat eine geringe Leistungsaufnahme und eine sehr gute Kühlleistung. Das Gerät ist jedoch vergleichsweise laut und hat hohe Einschaltspitzen.		Peltier-Kühlbox: Billig in der Anschaffung, aber extrem teuer im Betrieb. Die Abwärme wird mit einem Lüfter von einem einfachen Peltierelement abgeführt.		Peltier-Kühlgerät: Ein hochwertiges Peltierelement führt die Abwärme über ein Wärmerohr aus dem Kühlraum.