Funktionsweise der Solarthermieanlage
Wer im Hochsommer schon einmal mit schwarzer Bekleidung unterwegs war, dürfte das Grundprinzip von Solarthermieanlagen am eigenen Körper gespürt haben: Es wird warm. Im Gegensatz zur Photovoltaik, die die Sonnenenergie in Strom verwandelt, zielt die Solarthermie auf die Bereitung von Warmwasser und zur Heizungsunterstützung ab. Thermós kommt aus dem Griechischen und bedeutet warm beziehungsweise heiß.
Womit die Gedanken schon bei der Sonne sind: Ihre Strahlung trifft – abgeschwächt durch die Atmosphäre – auf der Erdoberfläche auf. Würde man diese Energie großflächig nutzen, könnte sie ein Vielfaches unseres Bedarfes decken. In der Praxis ist das etwas schwieriger. Um nur drei Gründe zu nennen: Es steht nicht unbegrenzt Platz zur Nutzung zur Verfügung, die Einstrahlung der Sonnenenergie variiert örtlich, und auch die Kosten müssen in einem sinnvollen Verhältnis zum Ertrag stehen.
In beziehungsweise auf vielen Wohn- und Geschäftshäusern sind die Voraussetzungen jedoch gut. Die Sonne schickt uns keine Rechnung, wie Franz Alt, Pionier in Sachen regenerativer Energien, häufig zu sagen pflegt. Zudem wurde in den vergangenen Jahren auch das Bewusstsein immer stärker, dass fossile Brennstoffe endlich sind und außerdem immense Umwelt- und Naturschäden bei der Förderung und der Verbrennung verursachen können.
Je dunkler, desto wärmer
Wie bei der dunklen Bekleidung, so auch bei der Solarthermie. Trifft die Sonnenstrahlung auf Gegenstände, wird ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt. Der Fachbegriff heißt Absorption, dieses Mal aus dem Lateinischen entlehnt. Er kann mit verschlingen oder einsaugen übersetzt werden. Je dunkler die Oberfläche ist, desto mehr der elektromagnetischen Sonnenstrahlung wird „verschlungen“ und in Wärme umgewandelt. Helle Flächen reflektieren mehr Strahlung, werfen sie also zurück. Das erklärt, warum Solarkollektoren dunkel sind.
Sie sind ein Hauptbestandteil von Solarthermieanlagen und meist auf dem Dach installiert. Hier treffen die Sonnenstrahlen auf die Solarkollektoren. Oder genauer: auf den Absorber. Klaus Oberzig erklärt dies im Ratgeber Solarwärme der Stiftung Warentest so: „Er besteht in der Regel aus schwarz oder selektiv beschichteten Absorberblechen aus den gut wärmeleitenden Metallen Kupfer und Aluminium und damit verbundenen Röhrchen, die in Schlangenlinien hindurch geführt werden.“
Die gewonnene Wärme wird über ein Transportsystem mittels Flüssigkeit zur direkten Nutzung, in der Regel aber zu einem Solarspeicher geführt. Das Trägermedium wird danach, stetig von einer Solarpumpe angetrieben, wieder zum Ausgangspunkt geführt und bildet somit einen geschlossenen Kreislauf. Für den Transfer der Wärme zum Speicher oder zur direkten Nutzung wird ein Wärmetauscher genutzt. Der Name ist Programm: Die Flüssigkeiten aus dem Solarkreislauf und der Nutzung zum Heizen werden hier indirekt verbunden – über eine Trennschicht, die sie nicht durchdringen können. Die Wärme wird übertragen, ohne dass der geschlossene Kreislauf der Anlage unterbrochen wird. Es gibt auch Wärmetauscher, die durch den Speicher verlaufen. Durch die größere Oberfläche soll der Wärmetausch so noch effizienter werden.
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Speicher machen unabhängiger von Sonnenschein
Dank der Solarspeicher kann die Wärme jederzeit genutzt werden – und nicht nur dann, wenn die Sonne ausgiebig scheint. Je nachdem, ob die Anlage zur Warmwasserbereitung oder zur Heizungsunterstützung genutzt werden soll, kommen in der Regel unterschiedliche Speicher zum Einsatz. Soll die Anlage beide Zwecke erfüllen, können sogenannte Kombispeicher beide Wasserarten speichern. Dafür sind sie in zwei verschiedene Bereiche abgetrennt. Allein mit der Sonne zu heizen ist in unseren Breitengraden allerdings nicht möglich. Daher werden die Systeme immer mit einer weiteren Wärmequelle verbunden, die sich bestenfalls ebenso aus regenerativen Energien speist.
An dieser Stelle kommt der Solarregler ins Spiel. Er bildet die Steuerungseinheit der Anlage, überwacht die aktuellen Kapazitäten und treibt den Solarthermie-Kreislauf, wenn benötigt, an. Die Nutzer merken davon in der Regel nichts, sondern können die Wärme dank des Zusammenspiels der Komponenten stetig nutzen. In der Praxis sind allerdings einige Sicherheitsvorkehrungen zu berücksichtigen. Das Flüssigkeitsgemisch des Kreislaufs sollte mit Frostschutzmittel versetzt sein, damit es im Winter nicht einfriert. Die Kollektoren heizen sich bei starker Sonneneinstrahlung mitunter sehr stark auf. Auch hier gibt es Maßnahmen, die das verhindern können. So sind beispielsweise Kollektoren auf dem Markt, die bei zu hoher Temperatur automatisch mehr Wärme abstrahlen. Zudem werden Solarthermie-Anlagen mit einem oder mehreren Ausdehnungsgefäßen ausgerüstet, um Druck- oder Volumenschwankungen im Kreislauf ausgleichen zu können.
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