Solarthermie Grundsätzliches

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Grundsätzliches zur Solarthermie

Solarthermieanlage © Otmar Smit, stock.adobe.com
Solarthermieanlage © Otmar Smit, stock.adobe.com
Die Solarthermie ist eine weit entwickelte, zuverlässige Technologie, Solarenergie zu nutzen um Wärme zu erzeugen. Während Photovoltaik in aller Munde ist, wird über die Solarthermie viel zu wenig gesprochen. Denn die Solarthermie stellt gerade in Mitteleuropa eine ganz hervorragende Möglichkeit zur Nutzung der Sonnenenergie dar. Der große Vorteil bei der Nutzung mittels Solarthermie besteht in der Anwendung jahrzehntelang erprobter und sehr effizienter Technik. In Verbindung mit einem Solarspeicher und dem Heizkessel wird dafür gesorgt, dass jederzeit ausreichend Wärme zur Verfügung steht.

Definition Solarthermie

Bei der Solarthermie wird die Sonneneinstrahlung in Wärme umgewandelt. Dies ist im Vergleich zur Gewinnung von Strom aus Sonnenenergie deutlich weniger aufwendig. Vereinfacht gesagt wärmt die Sonne einen Wärmeträger auf und diese Wärme wird dann genutzt. Das Prinzip ist leicht an einem Gartenschlauch zu erklären. Das Wasser, das in einem dunklen Gartenschlauch stehen bleibt, wird von der Sonne sehr schnell stark aufgeheizt. Auch sogenannte Solar- oder Campingduschen nutzen die Solarthermie auf einfachste Weise: In einen schwarzen Kunststoffbehälter wird Wasser eingefüllt, dieser in die Sonne gelegt und nach recht kurzer Zeit steht warmes Wasser zum Duschen zur Verfügung – ohne dass eine weitere Wärmequelle notwendig wäre.

Solarthermie: Solare Trinkwassererwärmung
Solarthermie: Solare Trinkwassererwärmung

Moderne Solarthermie

Das Prinzip ist heute immer noch das gleiche. Aber in modernen Solarthermieanlagen wird natürlich mit weit entwickelter Technik für eine deutlich höhere Effizienz und einen sehr hohen Wärmeertrag gesorgt. Die Sonnenenergie wird in Solarkollektoren „geerntet“, das heißt, eine Wärmeträgerflüssigkeit wird durch Absorption der Strahlungsenergie aufgewärmt. Diese Wärme wird in Wärmeübertragern abgegeben. Zwei verschiedene Anwendungen sind hierbei verbreitet: die solare Trinkwassererwärmung und die solare Heizungsunterstützung. Je nachdem, für welche man sich entscheidet, unterscheidet sich auch die Größe der Anlage und das Speicherkonzept.

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Komponenten einer Solarthermieanlage zur Trinkwassererwärmung

Eine weitverbreitete Möglichkeit der Nutzung der Sonnenwärme ist die Solarthermie zur Trinkwassererwärmung. Dabei wird die solare Wärme genutzt, um den Bedarf an warmem Wasser eines Haushaltes in den Sommermonaten (Mai bis September) zu 100% abzudecken. Die Größe der Kollektorfläche und das Volumen des Speichers hängen von der Anzahl der Personen und dem weiteren Bedarf durch Haushaltsmaschinen wie Wasch- oder Spülmaschinen ab.

Solarthermie zur Trinkwassererwärmung: Anlagenschema
Solarthermie zur Trinkwassererwärmung: Anlagenschema

Die Solarkollektoren, die es in verschiedenen Bauformen gibt (zum Beispiel als Flach- oder Vakuumröhrenkollektor), werden überwiegend auf dem Dach montiert. Über Rohrleitungen wird die Wärme zum Speicher transportiert. Dort wird die Wärme über einen Wärmeübertrager an das im Speicher vorhandene Wasser (Trink- oder Pufferwasser). Für die Zirkulation der Wärmeträgerflüssigkeit wird eine Pumpe benötigt. Diese wird über eine Solarregelung gesteuert.

Es sind also folgende Komponenten für die Solaranlage zur Warmwasserbereitung notwendig:

  • Solarkollektoren
  • Solarkreis mit Wärmeträgerflüssigkeit
  • Solarstation mit Pumpe, Regelung und weiteren Armaturen
  • Warmwasserspeicher inkl. Wärmeübertrager
  • Heizung (i.d.R. der vorhandene Heizkessel)

Komponenten einer Solarthermieanlage zur kombinierten Warmwasser- und Heizungsunterstützung

Eine noch bessere Ausnutzung der Sonnenwärme wird erzielt, wenn diese nicht nur für die Trinkwassererwärmung, sondern zusätzlich auch noch für die Raumheizung genutzt wird. Hierfür ist sowohl eine größere Kollektorfläche als auch ein größeres Speichervolumen notwendig. Eine nennenswerte solare Unterstützung beschränkt sich überwiegend auf die Übergangszeit, d.h. das frühjahr und den herbst, in den kältesten Monaten steht kaum Sonnenwärme zur Verfügung.

Solarthermie zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung: Anlagenschema
Solarthermie zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung: Anlagenschema

Mit entsprechend großen Saisonspeichern (Inhalt mehrere 10 Kubikmeter), wie sie in Sonnenhäusern eingesetzt werden, kann man die Sonnenwärme auch im Winter nutzen. In den meisten Fällen, insbesondere im Bestand, kommen – auch aus Platzgründen – nur sogenannte Tagesspeicher (meist 700 bis 1.000 Liter) zum Einsatz. Hier wird die Solarthermie eben nur zur Unterstützung eingesetzt. Der große Unterschied besteht vor allem im Speicher.

Man unterscheidet grundsätzlich drei Konzepte des Speicheraufbaus zur Trinkwassererwärmung und Raumheizung:

  • Tank-in-Tank Speicher (in einem Stahlspeicher integrierter Trinkwasserbehälter)
  • Kombispeicher mit Durchlaufprinzip (Pufferspeicher mit innenliegendem Wärmeübertrager zur Trinkwassererwärmung)
  • Kombispeicher mit Frischwasserstation (externer Plattenwärmeübertrager zur Trinkwassererwärmung)
Kombispeicher mit Durchlauferhitzer
Kombispeicher mit Durchlaufprinzip

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Nutzen der Solarthermie

Solarthermie: Enorme Einsparungen sind möglich
Solarthermie: Enorme Einsparungen sind möglich

Viele Experten betonen immer wieder, dass der Nutzen der Solarthermie viel zu wenig in der Öffentlichkeit wahrgenommen wird. Dabei können durch die Installation einer Solarthermieanlage mit vergleichsweise geringen Kosten erhebliche Mengen an fossilen Brennstoffen eingespart werden. Dadurch ergibt sich natürlich auch eine dementsprechend beträchtliche Minderung an Kohlenstoffdioxidausstoß. Vier große Einsatzbereiche für die Solarthermie bringen erhebliche positive Effekte:

  • Erfahrungsgemäß kann eine Solarthermieanlage mit einer Größe von rund 1,5 Quadratmeter (Flachkollektoren) pro Person und einem Speicher mit circa 300 Litern Inhalt im Jahresdurchschnitt rund drei Fünftel des Bedarfs an warmem Wasser decken, in den Sommermonaten 100%.
  • Solarthermie: umweltfreundliche Warmwassererwärmung
    Solarthermie: umweltfreundliche Warmwassererwärmung
  • Bei der kombinierten Warmwasser- und Heizungsunterstützung verdoppelt sich die jährliche Einsparung an fossilen Energien für Warmwasser und Raumheizung.
  • Viele industriellen Prozesse, insbesondere im Lebensmittelbereich, spielen sich auf relativ niedrigem Temperaturniveau ab. Hier kann die Solarthermie erhebliche Einsparungen erzielen. Gute Beispiele sind Wäschereien, Brauereien und die Lebensmitteltrocknung.
  • Bei der solarthermischen Kühlung kann die Sonnenwärme während der Sommermonate, wenn ein besonders hoher Bedarf an Kühlung in Absorptions- oder Adsorptionskältemaschinen eingesetzt werden. Hier besteht der große Vorteil in der zeitlichen Übereinstimmung zwischen Angebot und Nachfrage.
Solarthermie: Die Sonne lässt die Heizkosten schmelzen © BSW-Solar
Solarthermie: Die Sonne lässt die Heizkosten schmelzen © BSW-Solar

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