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Solarthermie

 

Definition

Unter Solarthermie ist die (technische) Nutzung der Wärmestrahlung der Sonne zu verstehen. Dabei handelt es sich um eine erneuerbarer Energie. Der Begriff "Solarthermie" wird aus dem lateinischen Wort solārius "zur Sonne gehörig"  und dem griechischen thermós = "warm, heiß" entlehnt [1, 2].

Dabei kann die Strahlungsenergie der Sonne sowohl für Heiz- als auch für Kühlzwecke technisch nutzbar gemacht werden. Mögliche Anwendungen sind beispielsweise:

  • Brauchwassererwärmung
  • Heizungsunterstützung für Gebäude
  • Bereitstellung von Prozesswärme
  • Solare Kühlsysteme.

und Kombinationen daraus [3, S. 333 ff.].

Solare Beheizung

Die bekannteste Anwendung daraus die die Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung für Ein- und Mehrfamilienhäuser. Die Erneuerbare-Energien-Richtlinie der EU sieht eine anteilige Nutzungspflicht erneuerbarer Energien am Primärenergiebedarf von Gebäuden vor. In Deutschland wird dies gesetzlich durch das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) geregelt.

Eine Möglichkeit den Vorgaben Rechnung zu tragen ist es einen Anteil von 15% aus solarer Strahlungsenergie für Heizzwecke des Gebäudes zu verwenden (EEWärmeG §5, Abs. 1). Bei Ein- und Zweifamilienhäusern wird dazu vereinfachend eine Mindestkollektorfläche von 4 % und 3 % bei Mehrfamilienhäusern der beheizten Nutzfläche gefordert (EEWärmeG §20, Abs. 1). Also je 100 m² Nutzfläche müssen mindestens 4 bzw. 3 m² Kollektorfläche installiert werden.

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Hydraulikbeispiel Gas-Brennwert-Hybridsysteme Buderus Logamax plus GBH172, Quelle

 

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  Schnittbild: Flachkollektor Buderus Logasol SKN 4.0, Quelle

Flachkollektor

Ein Flachkollektor besteht aus einem Absorber in dem schlangenförmig ein Rohrleitung aus Kupfer verlegt ist. Abgedeckt ist diese Einheit meist mit einer Glasscheibe. Durch die Rohrleitung strömt bei erhöhtem Druck ein Wärmeträger, der stillstandfest ist, beispielsweise ein Glykol/Wasser-Gemisch, das dann die solare Wärme an einen Verbraucher abgeben kann. Stillstandsfest heißt, daß auch bei fehlender Abnahem der Wärme das System keinen Schanden nehmen kann.

Ihr niedriges Temperaturniveau, insbesondere bei diffuser Sonneneinstrahlung und mäßiger Wirkungsgrad macht sie weniger geeignet für die Heizungsunterstützung als ein Vakuumröhrenkollektor.

Flachkollektoren weisen ein gutes Preis-/Leistungs-Verhältnis auf und lassen sich leicht in Dachflächen integrieren. Dies führt dazu, daß dieser Kollektortyp einen Großteil der Neuinstallationen ausmacht.

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  Schnittbild: Buderus Vakuumröhrenkollektoren Logasol SKR6, Quelle

Vakuumröhrenkollektoren

Vakuumröhrenkollektoren zeigen gegenüber einem Flachkollektor einen deutlich besseren Wirkungsgrad und sind  daher insbesondere bei Systemen mit solarer Heizungsunterstützung die Technologie der Wahl.

Bei einem Vakuum-Röhrenkollektor wird der Ringspalt eines Doppelrohrs evakuiert. Wärmeverluste an die Umgebung durch Konvektion (Wärmeleitung) treten daher - anders als bei einem Flachkollektor - kaum noch auf. Gerade zu Zeiten geringer Sonneneinstrahlung im Winter, wenn der Energiebedarf eines Gebäudes am größten ist, spielt der Vakuum-Röhrenkollektor mit bis zu 30% höheren Wirkungsgraden seinen Vorteil aus. Problematisch kann die hohe Temperatur sein, die eine sorgfältige Wahl des Wärmeträgers erfordert. Ein Glykol/Wasser-Gemisch ist ungeeignet, da die Stillstandstemperatur eine Vakkuum-Röhrenkollektors  in der Lage ist Glykol thermisch zu spalten.

Ihr Nachteil ist der hohe Anschaffungspreis im Vergleich zum Flackkollektor.

Wärmespeicher

Solare Wärme fällt meist dann an, wenn sie nicht benötigt wird Im Tagesgang ist dies bei der Brauchwassererwärmng am deutlichsten. Geduscht wird morgens, wenn die Sonne noch nicht ausreichend scheint oder abends, wenn sie nicht mehr ausreichend scheint. Um zu diesen Zeiten oder auch bei schlechtem Wetter solare Wärme nutzen zu können sind Speicher erforderlich. Wärmespeicher sind daher geradezu eine elementarer Komponente solarer Heizsysteme um sowohl eine hohe Verfügbarkeit als auch einen optimalen Wirkungsgrad des Gesamtsystems sicherzustellen. Die Technologie der Wahl für Wohnzwecke ist dazu in aller Regel ein großer gut gedämmter Wassertank mit einem Fassungsvermögen ab 200 Liter aufwärts. Darin wird warmes Wasser mit einer Temperatur bis ca. 65 °C gespeichert. Die ist letztlichder "Verbraucher" an den die Solarkollektoren über das Solarfluid ihre Wärme abgeben.

Zum Weiterlesen

 

Quellen

[1] http://de.wiktionary.org/wiki/solar, abgerufen: 14.3.2014

[2] https://www.duden.de/rechtschreibung/Solarthermie, abgerufen: 14.3.2014

[3] Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, Special Report, Intergovernmental Panel on Climate Change (hrsg.), Cambridge University Press, New York, 2012

[4] Gesetz zur Förderung Erneuerbarer Energien im Wärmebereich (Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz - EEWärmeG) vom 07.08.2008

 

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