Solarthermie

Eine thermische Solaranlage empfiehlt sich für jeden Hauseigentümer, der zukunftsorientiert leben und Heizkosten sparen will. Dabei kann er sich zwischen einer kleineren Anlage für die Brauchwassererwärmung oder einer größeren mit zusätzlicher Heizungsunterstützung entscheiden. Maximale Erträge sind bei einer Südausrichtung der Kollektoren und einer Neigung von 45 Grad bei Frei- oder Dachaufstellung zu erwarten. Bei Neubauten passen sich dach- oder fassadenintegrierte Kollektoren optimal ins Gesamtbild ein. Fast jedes Gebäude im Bestand lässt sich mit einer Solaranlage nachrüsten, sofern es der Denkmalschutz zulässt.

Anlagen zur Warmwasserbereitung werden so ausgelegt, dass sie den Bedarf in den Sommermonaten vollständig decken und keine Nachheizung erforderlich ist.

Bei den Kollektoren unterscheidet man zwischen Flachkollektoren, die preislich günstiger sind, und Röhrenkollektoren, die weniger Platz benötigen. Kernstück ist der Absorber aus gut wärmeleitenden Blechen und eingeschlossenen Wärmeträgerrohren. Flachkollektoren sind auf der Frontseite mit entspiegeltem Solarsicherheitsglas abgedeckt und rückseitig wärmegedämmt. Bei Röhrenkollektoren liegt der Absorber in einer Glasröhre im Vakuum, womit die Wärmeverluste an die Umgebung stark reduziert werden.

Große Anlagen sind jedoch besonders effizient bei Gebäuden mit hohem ganzjährigen Warmwasserbedarf. Referenzanlagen in Geschosswohnungsbauten,
Hotels, Altenheimen, Krankenhäusern, in Gewerbe und zur Prozesswärmeversorgung belegen die Machbarkeit.

Gebäudeklimatisierung und Kälteanlagen

Klima- und Kältetechnikanlagen gehören mit 14 Prozent des elektrischen Endenergieverbrauchs zu den großen Stromverbrauchern Deutschlands. In Gebäuden und bei der gewerblichen Kältetechnik werden die enormen Einsparmöglichkeiten noch viel zu wenig genutzt, obwohl die solare Kühlung mit ihrer zeitlichen Korrelation von Kühlbedarf und solarem Wärmeangebot und damit verbundenem Einsparen teuren Spitzenstroms eine interessante Alternative bietet. Hauptziel bei solarer Klimatisierung ist die Einsparung von Primärenergie. Bei der Gebäudeklimatisierung wird zwischen Lüftungs- und kaltwassergestützten Anlagen unterschieden. Lüftungsanlagen versorgen die Räume mit frischer Luft und ersetzen die verbrauchte. Dabei wird der durch Personen oder Prozesse freigesetzte Wasserdampf abgeführt. Eine Lüftungsanlage erreicht die angestrebte Temperatur- und Feuchteabsenkung durch kombinierte Verdunstungskühlung und Luftentfeuchtung, bei der Wasserdampf an einem Sorptionsmittel angelagert wird. Regenerierung kann direkt über Solarluftkollektoren oder indirekt über flüssig gekühlte Kollektoren und einen Wärmetauscher erfolgen. Durch einen heißen Luftstrom wird der Wasserdampf ausgetragen. Kaltwassergestützten Anlagen nehmen Wärmelasten auf, indem die Raumluft mittels Ventilator über einen vom Kaltwasser durchströmten Wärmetauscher geleitet wird. Je nach Bauform wird die Luft soweit abgekühlt, dass der enthaltene Wasserdampf im Wärmetauscher kondensiert.
Das Kaltwasser können thermisch angetriebene Kältemaschinen bereitstellen, die mit Solarwärme betrieben werden. Um solare Kühlanlagen wirtschaftlich einzuschätzen, muss man den Vergleich mit einem konventionellen System sowohl auf die Energieeinsparung als auch auf die Kosten beziehen. Außerdem ist der Sekundärenergiebedarf für Pumpen und Steuerung zu berücksichtigen.
Zunehmend gelangen auch kleinere thermisch angetriebene Kältemaschinen mit einem Leistungsbereich unter 30 kW auf den Markt. Unter ihnen sind Kombianlagen, gekoppelt mit solarer Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung besonders interessant, weil damit die solaren Wärmeüberschüsse im Sommer ausgenutzt werden.

Wärmeträger

L u f t erfordert große Querschnitte, dadurch höherer Planungs- und Realisierungsaufwand, Luft- und damit verbundene Energieverluste beachten; unproblematisch bei Frost. Einsatz nur sinnvoll bei Luftheizung, da niedrige Heizungsvorlauftemperaturen durch Luftkollektoren mit (sehr) guten Wirkungsgraden bereitgestellt werden. Derzeit scheinen nur die Luftkollektoren, deren selektive Absorber hinterströmt zur Wärmeabfuhr optimiert sind, gute Marktchancen und langfristig gute Wirkungsgrade aufzuweisen. Die für die Fassade notwendige Wärmedämmung wird über die Kollektor-Rückseitendämmung verbessert/ ersetzt. Vorgefertigte Hohlwände und –decken können als Luftführung und als thermische Speicher genutzt werden. Thermische Zusatzspeicher erfordern viel Platz und erfordern höhere Ventilatorleistungen. System ist sehr günstig in die Wärmerückgewinnung zu integrieren. Warmwasserbereitung über Wärmetauscher im Luftstrom möglich.

W a s s e r benötigt nur kleine Querschnitte, bei Frostgefahr sind Zweikreissysteme mit unvermeidbaren Energieeinbußen erforderlich. Die für die Fassade notwendige Wärmedämmung wird über die Kollektor-Rückseitendämmung verbessert/ersetzt. Einfach(st)e Systeme (Absorber, Folienspeicher) sind günstige Systeme, sie stellen aber bautechnische Anforderungen, bzw. sind nicht überall einsetzbar. Direktdurchströmte Absorber für Schwimmbäder sind in Mitteleuropa wirtschaftlich. Durchentwickelte Folienspeicherkollektoren zur Kurzzeitspeicherung < 6 h sind aber (zu) wenig genutzt - können technisch bislang nur horizontal angeordnet werden, sind aber für Bade/Küstenhotels als Fuel Saver ökonomisch. Über zusätzlich integrierbare gedämmte Speicher können solche Systeme wie normale Kollektorsysteme eingesetzt werden.

Solare Klimatisierung

In südlichen Ländern erreicht der Energiebedarf für Raumklimatisierung prozentual den in Deutschland anfallenden Bedarf für Gebäudeheizung. In vielen Fällen wird diese Klimatisierung durch ineffiziente, elektrisch betriebene Kleingeräte gedeckt, sodass in der Mittagszeit der Sommermonate zunehmend die ausreichende Versorgung mit elektrischem Strom gefährdet ist. Auch in Deutschland liegt durch moderne Bauformen und -materialien und durch den zunehmenden Einsatz elektrischer Geräte ein zunehmender Bedarf nach Raumklimatisierung vor. Der Einsatz von Anlagen zur solaren Klimatisierung hat deshalb weltweit ein enormes Potenzial.

Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien stellen also eine beachtliche Wachstumsbranche dar. Gerade im Wärmebereich dürfte sich die Wachstumsdynamik durch die deutlich gestiegenen Brennstoffkosten und die sich abzeichnenden günstigeren Rahmenbedingungen in den nächsten Jahren deutlich beschleunigen.

Solarkollektoren

Der Sonnenkollektor als Grundbaustein aller solarthermischen Systeme wandelt die auftreffende Solarstrahlung in Wärme um.

Die verschiedenen Bauarten variieren deutlich in ihrer Leistungsfähigkeit und im Preis: Die unverglasten Kunststoffkollektoren werden zur Erwärmung von Freibädern im Temperaturbereich bis 30 °C eingesetzt, Flach- und Vakuumröhrenkollektoren zur Warmwasserbereitung und Gebäudeheizung sowie zur Klimatisierung im Temperaturbereich bis rund 80 °C, Parabolrinne zur Bereitstellung industrieller Prozesswärme bis zu mehreren 100 Grad.

Die wichtigsten Kollektorbauarten sind :

• Flachkollektoren
• unverglaster Kunststoffkollektor
• Vakuumröhrenkollektor
• Parabolrinnenkollektor