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Mit Solarthermie ist die Nutzung der Sonneneinstrahlung zur Wärmegewinnung gemeint. Sie ist neben der Photovoltaik (= Nutzung der Sonneneinstrahlung zur Stromerzeugung) eine der beiden Säulen der Solartechnik. Die Idee der Solarthermie geht bis in die Antike zurück. Das bekannteste Beispiel ist die Zeremonie zum Beginn der Olympischen Spiele seit etwa 880 v. Chr.: Die Olympische Fackel wurde seinerzeit Mithilfe eines Brennspiegels entzündet.

 

Nutzung und Funktionsweise der Solarthermie

Die Solarthermie wird heute überwiegend zur Erwärmung des Brauchwassers eingesetzt, dient jedoch auch der Unterstützung der Heizungsanlage. Eine Solaranlage besteht aus Solarkollektoren, der Steuereinheit, dem Wärmetauscher und dem Wasserspeicher.
Die Energie der Sonnenstrahlen wird vom Solarkollektor in Wärme umgewandelt. Diese Wärme wird auf einen Wärmeträger – in der Regel ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel – übertragen, der ständig zwischen dem Kollektor und dem Warmwasserspeicher zirkuliert. Dieser Kreislauf wird mithilfe einer Pumpe gesteuert, die von der Steuereinheit zugeschaltet wird, sobald die Wassertemperatur im Solarkollektor höher ist als im Speicher. Dieses wärmere Wasser wird dann in den Speicher geleitet. Im nächsten Schritt wird das Wasser im Speicher durch den Wärmetauscher erhitzt und steht für die Nutzung im Haus zur Verfügung. Wenn an trüben Tagen die Sonneneinstrahlung zu gering ist, springt die konventionelle Heizungsanlage ein. Mit dieser Methode kann im Hinblick auf die durchschnittlichen Wetterverhältnisse in Deutschland davon ausgegangen werden, dass der Bedarf einer durchschnittlichen Familie an Warmwasser zwischen Mai und September komplett durch eine Solaranlage gedeckt werden kann. Während des Winters wird immer noch genügend Energie erzeugt, um das Brauchwasser zumindest vorzuwärmen.
Solarthermie-Anlagen, die neben der Warmwasserbereitung auch als Heizungsunterstützung zur Verfügung stehen, erfordern jedoch eine deutlich größere Kollektorfläche, sodass hier von doppelt so hohen Investitionskosten auszugehen ist.
Bei der Planung einer Solaranlage spielt neben der Größe des Speichers auch der richtige Kollektor eine Rolle. Man unterscheidet hier zwischen Flach- und Vakuumröhrenkollektoren. Vakuumröhrenkollektoren sind hinsichtlich des Wärmeertrags um ca. 20 % effektiver als Flachkollektoren, jedoch deutlich teurer. Sie sind zu empfehlen, wenn nur wenig Dachfläche für die Montage des Kollektors vorhanden ist.
Preisgünstige und wartungsarme Thermosiphonanlagen, die ohne eine Pumpe auskommen, eignen sich wegen ihres Funktionsprinzips nur für sonnenreiche südliche Länder. Der Wasserkreislauf wird bei diesen Anlagen durch das Prinzip der spezifischen Dichte von Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen in Gang gesetzt: Warmes Wasser steigt zum Sammelbehälter auf, während das kältere Wasser in einer zweiten Leitung nach unten zum Erhitzer sinkt.

 

Rahmenbedingungen der Solarthermie

Für eine optimale Ausnutzung des Sonnenlichts sind bei der Installation der Solarkollektoren einige Regeln zu beachten. Wichtig ist zunächst die Dachausrichtung: Optimal ist eine südliche Ausrichtung, Fachleute gehen jedoch davon aus, dass eine Abweichung von 45° in östliche oder westliche Richtung durchaus toleriert werden kann und die Solar-Bilanz nicht wesentlich verringert. Wenn die Montage in beide Richtungen möglich ist, sollte die Südwest-Ausrichtung bevorzugt werden: Auch wenn die Menge der Sonneneinstrahlung identisch ist, ist hier damit zu rechnen, dass durch fehlende Frühnebel eine bessere Sonneneinstrahlung und somit eine günstigere Energiebilanz erwartet werden kann.
Für einen optimalen Neigungswinkel müsste ein Solarkollektor je nach Sonnenstand ständig elektronisch nachgeführt werden. Da dies jedoch einen großen technischen Aufwand bedeuten würde, werden die Kollektoren mit einer bestimmten Neigung fest montiert. Der Neigungswinkel richtet sich nach ihrem Verwendungszweck. Dabei gilt: Wird die Solaranlage zur Warmwasserbereitung genutzt, ist ein Neigungswinkel zwischen 25° und 55° zu empfehlen; wird mit der Anlage auch geheizt, sollte die Neigung zwischen 50° und 70° betragen. In diesem Fall ist sogar eine Fassadenmontage und somit eine Neigung von 90° möglich.
Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die Verschattung. Für einen hohen Energieertrag sollte gewährleistet sein, dass die Kollektoren für die Dauer von sechs zusammenhängenden Stunden um die Mittagszeit nicht verschattet sind. Bei Anlagen, die nur zur Warmwasserbereitung dienen, spielen Verschattungen während des Winters keine große Rolle, da aufgrund der wenigen Sonnenstunden und der tiefen Temperaturen keine größeren Erträge zu erwarten sind. Wird die Anlage jedoch auch für die Raumbeheizung benötigt, ist auch im Winter darauf zu achten, dass die Kollektoren nicht durch Schattenwurf beeinträchtigt werden.
Fällt viel Schnee, der die Kollektoren bedeckt, können diese keine Energie liefern. Doch hier gilt: Je steiler der Neigungswinkel der Kollektoren, umso besser rutscht der Schnee ab. Besonders von Kollektoren, die mit einem Neigungswinkel von mindestens 30° montiert wurden und keinen Rahmen haben, gleitet der Schnee besonders gut ab. Den Schnee selbst per Hand von den Kollektoren zu fegen, ist nicht zu empfehlen, da die Unfallgefahr sehr groß ist und die Oberfläche der Kollektoren zerkratzt werden könnte. Doch mittlerweile werden auch automatische Räumsysteme angeboten. Sie räumen entweder mechanisch den Schnee oder arbeiten mit einer elektrischen Beheizung.

 

Investitionskosten für Solarthermie-Anlagen

Die Kosten für eine Solarthermie-Anlage lassen sich nur in etwa beziffern und hängen von der Größe der Anlage und ihrem Zweck ab. Bei einem typischen 4-Personen-Haushalt werden üblicherweise für die reine Brauchwassererwärmung eine Kollektorfläche von 5-6 Quadratmetern und ein Wasserspeicher mit einem Volumen von 300 Litern installiert.
Soll die Solaranlage auch der Heizungsunterstützung dienen, muss mindestens von der 3-fachen Kollektorfläche ausgegangen werden. Für den Wasserspeicher wird in diesem Fall ein Volumen von 100 Litern pro Quadratmeter Kollektorfläche berechnet. Diese als Kombi-Anlagen bezeichneten Anlagen kosten inklusive Montage zurzeit zwischen 8.000 und 12.000 Euro. Ob sich eine derartige Investition lohnt, kann nur für den Einzelfall festgestellt werden. Eine belastbare Vorhersage ist umso schwieriger, da die Entwicklung der Preise für fossile Energieträger nur schwer vorhergesehen werden kann.

 

 

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