Thermische
Solaranlagen
Sonnenkollektoranlagen
zur:
Warmwasserbereitung
- Heizung - Schwimmbadwassererwärmung.
Etwa
50 % des Energiebedarfs der Bundesrepublik Deutschland (ähnliches gilt für Österreich
und die Schweiz) werden zur Bereitstellung von sogenannter Niedertemperaturwärme,
also Wärme bis 100°C, gebraucht. Diese Niedertemperaturwärme wird hauptsächlich
zur Brauchwasserbereitung und zum Heizen eingesetzt. In diesen Bereichen hat die
Sonnenenergie gute Chancen, mittels der Kollektortechnik einen immer größer
werdenden Anteil an der Energieversorgung zu erreichen.
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1. Vom Gartenschlauch zum Vakuum-Hochleistungskollektor
Das
Herzstück einer solchen Anlage zur Gewinnung von Wärme ist der
Sonnenkollektor: Jeder kennt den einfachsten Kollektor, den man sich vorstellen
kann, und hat dessen Leistungsfähigkeit an heißen Sommertagen schon oft mit
Erstaunen bewundert: In einem einfachen Gartenschlauch, der auf einer Wiese
ausgebreitet ist, erwärmt sich das darin befindliche Wasser ohne weiteres auf
Temperaturen von 50° - 60° C. Ursache dafür ist die im Überfluss vorhandene
Sonnenenergie. Das Prinzip, das dahinter steckt, ist bei einem Gartenschlauch ähnlich
wie bei einem Hochleistungskollektor.
Das
Kernstück eines jeden Sonnenkollektors ist der Absorber, der mit einer
speziellen schwarzen Farbe beschichtet ist und die Aufgabe hat, die Strahlung
der Sonne in Wärme umzuwandeln. Diese Wärme muss durch einen Wärmeträger,
Wasser oder Frostschutzgemisch, abgeführt werden. Als Absorber verwendet man
entweder Rohre (z.B. Gartenschlauch) oder Lamellen aus Metall, zwischen die ein
Rohr eingepresst wurde (siehe Abbildung).
Der Unterschied zwischen einem Gartenschlauch und einem Hochleistungskollektor
besteht vor allem in drei Punkten:
1.
Der Gartenschlauch ist nach außen hin nicht isoliert, so dass ein großer Teil
der absorbierten Sonnenenergie nicht an das Wasser im Schlauch, sondern an die
Luft um den Schlauch abgegeben wird.
2.
Die einfache schwarze Farbe des Gartenschlauchs wandelt im Gegensatz zu einer
Spezialbeschichtung einen geringeren Anteil der Sonnenstrahlung in nutzbare Wärme
um.
3.
Der Absorber eines richtigen Sonnenkollektors befindet sich hinter Glas in einer
"Strahlenfalle" (ähnlich wie bei dem Treibhauseffekt).
In
der Praxis kommen verschiedene Sonnenkollektoren zum Einsatz:
»
Kunststoffabsorber ohne Isolation
» Flachkollektoren
» Vakuumflachkollektoren
» Vakuumröhrenkollektoren
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2. Aufbau einer Sonnenkollektoranlage
Das
Prinzip einer jeden Sonnenkollektoranlage ist, dass eine Wärmeträgerflüssigkeit
durch den Sonnenkollektor fließt und dabei die durch Umwandlung der
Sonnenstrahlung entstandene Wärme aufnimmt. Das warme Wasser wird in einem
isolierten Behälter gespeichert und kann später bei Bedarf genutzt werden.
Die
drei wichtigsten Typen von Solaranlagen sind:
»
Anlagen mit Druckspeicher
» Anlagen mit drucklosem Speicher
» Schwerkraftanlagen
Während
Solaranlagen mit drucklosem Speicher in erster Linie für Selbstbauanlagen in
Frage kommen, da dies die Kosten beträchtlich senkt, werden Schwerkraftanlagen
in Mitteleuropa nur relativ selten gebaut, weil hierfür die baulichen
Voraussetzungen oft nicht gegeben sind. Sie haben zwar den Vorteil, dass auf
eine elektrische Umwälzpumpe verzichtet werden kann, da das warme Wasser von
alleine in den Behälter aufsteigt, doch muss der Speicher oberhalb des
Kollektors installiert werden, was nicht immer problemlos möglich ist. Wie auf
der Skizze zu sehen ist, hat man als Verbindung von dem Sonnenkollektor zum
Speicher einen geschlossenen Kreis, so dass das Frostschutzgemisch, das durch
den Sonnenkollektor fließt, mit dem erwärmten Wasser, das später aus dem
Wasserhahn kommt, nicht in Berührung kommt.
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3. Einsatzgebiete für Sonnenkollektoren
»
Schwimmbadwassererwärmung
» Brauchwasserbereitung
» Heizung/Heizungsunterstützung
Komponenten
zur Schwimmbadwassererwärmung, Brauchwasserbereitung und Heizung sind heute
sehr ausgereift und garantieren einen zuverlässigen Betrieb einer wohl
durchdachten und gut gebauten Anlage. So ermöglicht es eine Solaranlage in
einem Freibad, auf die Erwärmung des Schwimmbadwassers mit Fremdenergie ganz zu
verzichten und das Wasser nur mit der umweltfreundlichen Sonnenenergie zu
heizen. Es ist nur schwer nachvollziehbar, warum immer noch so wenige Freibäder
mit kostenloser Sonnenenergie beheizt werden, obwohl sich solche Anlagen in
wenigen Jahren amortisieren und von der Technik her unkompliziert sind.
Ähnlich
zuverlässig arbeiten Anlagen zur Brauchwasserbereitung. Im Sommerhalbjahr
liefert eine Solaranlage 90 - 100 % des benötigten Warmwassers und ermöglicht
so das Abschalten der Heizung, die - wenn sie nur zur Warmwasserbereitung läuft
- mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad arbeitet. Im Jahresdurchschnitt deckt
eine Sonnenkollektoranlage 60 - 70 % des Warmwasserbedarfs.
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4. Heizen mit Sonnenenergie
Ein
Gebiet, auf dem die Bundesrepublik Deutschland ein totales Entwicklungsland ist.
Wie die umweltfreundliche Sonnenenergie zum Heizen von ganzen Siedlungen
eingesetzt werden kann, sieht man im "sonnenverwöhnten" Schweden.
Dort, sowie in anderen nordischen Ländern, hat man auf diesem Gebiet
Pionierarbeit geleistet und gezeigt, dass es möglich ist, die Wärmeenergie für
Heizung und Brauchwasser schon heute zu 65 - 70 % mit Sonnenenergie zu gewinnen.
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5. Planung und Dimensionierung von Solaranlagen
Die
Planung und der Bau von Solaranlagen kann, wie viele Beispiele belegen,
problemlos durch handwerklich begabte Menschen erfolgen. Es empfiehlt sich aber,
nicht nur die entsprechende Literatur zu lesen, sondern auch, sich eine bereits
gebaute Anlage anzusehen und mit dem Besitzer über dessen Erfahrungen zu
sprechen. Die Sonnenkollektoren sollten mit einem Neigungswinkel von ca. 45 Grad
in Richtung Süden aufgebaut werden. Steht kein Hausdach mit dieser Südausrichtung
zur Verfügung, so kann dieser Nachteil entweder durch eine etwas vergrößerte
Kollektorfläche oder durch Installation der Kollektoren im Garten (siehe Foto)
ausgeglichen werden. Was die Größe der benötigten Kollektorfläche betrifft,
so geht man bei einem durchschnittlichen Tagesverbrauch von ca. 50 Liter/Person
davon aus, dass 1,6 - 1,8 m2/Person genügen. (Bei Abweichung von der
Südausrichtung entsprechend mehr). Das Speichervolumen sollte im Falle eines
Druckspeichers bei ca. 100 Liter/Person liegen.
6. Kosten und Wirtschaftlichkeit
Obgleich
eine Solaranlage nicht nur durch einfache Kostenvergleiche mit konventionellen
Systemen beurteilt werden darf, die Kosten von Umweltschäden durch die
Verwendung von Öl, Gas, Kohle und Uran sind schließlich im Energiepreis nicht
enthalten, spielen die Kosten für den Einzelnen natürlich eine große Rolle.
Eine
ausgereifte Solaranlage zur Warmwasserbereitung für einen 4-Personen-Haushalt
kostet heute zwischen 6000 und 8000 DM (ohne Montagekosten). Diese Kosten können
durch staatliche Förderprogramme stark gesenkt werden, so dass eine
Sonnenkollektoranlage durchaus sehr kostengünstig errichtet werden kann. Die Höhe
der Förderung ist regional sehr unterschiedlich.
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