Die optimale Ausrichtung einer Solarthermieanlage
Große Solarthermische Kraftwerke verfügen in der Regel über ein- oder zweiachsige Nachführtechniken. Anders sieht es bei statisch montierten Systemen im Bereich der Ein- und Zweifamilienhäuser aus. Die häufigste Montageweise erfolgt hier in Form von Aufdachmontage der Kollektoren. Damit eine häusliche Solarthermieanlage die gewünschte Effizienz erreicht, gehört die ideale Ausrichtung der Kollektoren mit zu den wichtigen Faktoren bei der Anlageninstallation.
Die Ausrichtung der Solarthermieanlage
In den meisten Fällen werden Solarthermieanlagen auf Schrägdächern montiert. Während beim Neubau unter Umständen Ausrichtung und Neigung noch frei gewählt werden können, bestimmt im Gebäudebestand die Lage des Hauses und des Daches die Möglichkeiten der Kollektororientierung. Damit die Anlage den größtmöglichen Ertrag bringt, ist eine optimale Ausrichtung wünschenswert. Selbst die hochwertigste Solarthermieanlage kann bei ungünstiger Kollektor-Ausrichtung keine Topleistung bringen.
Mit einer nach Süden ausgerichtete Kollektorfläche kann bei entsprechender Neigung das Optimum an Erträgen durch die Solarthermieanlage erwirtschaftet werden. Baulich lässt sich dieses Optimum allerdings nicht immer erreichen, nicht jede Dachfläche ist nach Süden ausgerichtet. Ein Umstand, der nicht weiter tragisch ist, denn selbst eine Abweichung von 30 Prozent nach Ost oder West mindert den Ertrag der Anlage nur um rund 5 Prozent. Süd-West oder Süd-Ost Dächer eignen sich somit ebenfalls für den effizienten Betrieb einer Solarthermie Anlage, wobei die Erträge bei einer westlichen Ausrichtung geringfügig über denen der östlichen Ausrichtung liegen können. Dächer mit Nordausrichtung eigenen sich allerdings derzeit noch nicht für den sinnvollen Betrieb.
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Dachneigung bietet viel Spielraum
Neben der Ausrichtung spielt auch die Kollektorneigung eine wichtige Rolle für den Ertrag einer Solarthermieanlage. Das Optimum der Sonneneinstrahlung auf die Kollektorfläche bildet der rechte Winkel, allerdings ändert sich der Einstrahlungswinkel mit Tages- und Jahreszeit. Da aber nicht nur die direkte, sondern auch die diffuse Sonneneinstrahlung zum Betrieb einer Solarthermieanlage nutzbar ist und diese Strahlung hierzulande mit hohem Anteil vorhanden ist, kann selbst bei einer Abweichung von der optimalen Dachneigung noch mit einem effizienten Betrieb der solarthermischen Anlage gerechnet werden.
Je nachdem, welches System der Solarthermie zum Einsatz kommt, unterscheidet sich auch der optimale Neigungswinkel. Für die solare Trinkwassererwärmung, die zum Großteil im Sommer genutzt wird, lässt sich der hohe Sonnenstand zu dieser Jahreszeit gut mit einem Neigungswinkel von 20 bis 50 Grad ausnutzen. Für die Heizungsunterstützung, die gerade in den Übergangsmonaten genutzt wird, wenn die Sonne noch tiefer am Himmel steht, ist ein Neigungswinkel von 45 bis 70 Grad günstig. Auch eine Fassadenmontage (90° Neigung) kann sinnvoll sein.
Grundsätzlich lässt sich durch eine entsprechend große Kollektorfläche ein geringerer Ertrag teilweise ausgleichen, bei Dächern mit einem Neigungswinkel unter 10 Grad ist das Betreiben einer Solarthermieanlage jedoch nicht geeignet, da der Selbstreinigungseffekt durch Regen fehlt. Hier empfiehlt sich eine Aufständerung der Kollektoren. Auf Flachdächern können Ausrichtung und Neigung frei gewählt werden. Im Vergleich zu einer Aufständerung lassen sich alternativ auch direkt durchströmte Vakuumröhrenkollektoren dachparallel installieren. Dies ermöglicht eine deutlich schlankere Unterkonstruktion und ist unauffälliger.
Das Dach – Zustand und Statik prüfen
Je nachdem, um welche Bauart es sich bei den gewählten Kollektoren handelt, hat das Dach eine nicht unerhebliche Mehrbelastung zu tragen. Dieser Mehrbelastung muss es aber nicht nur unter gewöhnlichen Umständen standhalten, sondern auch im Winter, wenn die zusätzliche Belastung durch Schnee auf das Dach drückt.
Vor der Installation ist daher zu prüfen, ob das Dach mindestens eine zusätzliche Belastung von 300 Newton pro Quadratmeter Dachfläche aushält. Hinzu kommt, dass auch die Dachsparren so stabil miteinander verbunden sein müssen, dass die später montierten Kollektoren weder durch Schneelast abgleiten, noch vom Wind ausgehebelt werden können. Zwischen Dachhaut und Kollektor beträgt der Mindestabstand 6 cm. Diese Montageart ist etwas auffälliger als eine Indachlösung, die allerdings für Vakuumröhrenkollektoren nicht in Frage kommt.
Die gleichmäßige Verteilung der Last durch die Kollektoren ist ebenfalls von großer Bedeutung, da es durch eine zu starke, punktuelle Belastung einzelner Dachziegel zu einem Abrutschen der Anlage kommen kann. Die Unversehrtheit des Daches ist ebenfalls von großer Wichtigkeit – nicht nur für das direkt unter der Dachhaut liegende Rohrsystem, sondern auch für die Haltbarkeit des Daches selbst. Undichte oder bei der Montage beschädigte Dachareale müssen sowohl vor, als auch während des Betriebes der Solarthermieanlage immer direkt ausgebessert werden, um das Eindringen von Feuchtigkeit und daraus resultierende Schäden zu vermeiden.
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Sonne, Schatten und regionale Wetterdaten
Nicht überall in Deutschland ist die Sonneneinstrahlung gleich. Grundsätzlich gibt es einen Nord-Süd-Anstieg mit einem Unterschied von etwa 20%. Regionale Besonderheiten, wie Tallage oder Mittelgebirgsrandlage, Küstennähe etc. können zu einer Abweichung von dem regionalen Mittelwert führen. Wie es sich mit der Sonneneinstrahlung in der jeweiligen Region verhält, lässt sich dabei beim Deutschen Wetterdienst in Erfahrung bringen. Doch nicht nur die regionalen Unterschiede bei der Sonneinstrahlung entscheiden über den späteren Ertrag der geplanten Solarthermieanlage.
Auch eine mögliche Verschattung durch Bäume, Schornsteine, Nachbarhäuser oder Satellitenschüsseln kann zu Leistungseinbußen führen. Vor der Montage muss daher die Platzierung der Kollektoren unter Berücksichtigung einer möglichen Verschattung festgelegt werden. Bei schwer einzuschätzenden Verhältnissen kann eine Verschattungsanalyse helfen.
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