Thermische Solaranlagen

Aufbau einer thermischen Solaranlage

Bei thermischen Solaranlagen wird die einfallende Sonnenstrahlung in einem Kollektor vom sogenannten Absorber aufgenommen und in Wärme umgewandelt. Meist sind Kollektoren zur Reduktion der Wärmeverluste wärmegedämmt und nach oben durch eine Glasscheibe abgedeckt.

Die absorbierte Wärme wird über ein Rohr- oder Kanalsystem vom Kollektor zum Speicher transportiert. Dies erfolgt üblicherweise durch eine geregelte Pumpe (bei Luftkollektoren durch ein Gebläse), bei kleinen Kompaktanlagen - wie sie in südlichen Ländern verbreitet sind - auch durch Schwerkraft (Thermosiphon).

Als Speicher kommen in erster Linie Wasserspeicher oder seltener Feststoffspeicher (Kies, Steine, Lehm) zur Anwendung, daneben gibt es aber auch Systeme zur Nutzung der Speicherkapazität von Adsorptionseffekten oder Phasenübergängen (Latentspeicher). In frostgefährdeten Gebieten ist der Solarkreislauf durch ein Forstschutzgemisch vor Einfrieren geschützt. Die Wärmeübertragung auf das Trink- oder Heizungswasser erfolgt dann mittels Wärmetauschern.

Typen von Flüssigkeits-Kollektoren

Je nach Anwendungsfall kommen unterschiedliche Kollektortypen und Montageformen zur Anwendung. Am weitesten verbreitet sind verglaste Flachkollektoren mit Kupfer- oder Aluminiumabsorbern. Diese können in ein Dach integriert (Indach), über der Dachhaut befestigt (Aufdach) oder durch Aufständerungen auf waagrechten oder an senkrechten Flächen montiert werden.

Vor allem im höheren Temperaturbereich (z.B. Prozesswärme) oder bei geringem Platzangebot kommen Vakuum(röhren)kollektoren zum Einsatz. Diese sind deutlich teurer als Flachkollektoren, zeigen aber insbesondere im hohen Temperaturbereich bessere Wirkungsgrade.

Für saisonale Anwendungen (z.B. Schwimmbaderwärmung) und niedere Temperaturen haben sich unverglaste Kunststoffabsorber aufgrund ihres niedrigen Preises durchgesetzt.

Anwendungen

Die bei uns häufigste Anwendung ist die solare Warmwasserbereitung. Bei üblicher Dimensionierung (ca. 1,5 m² bis 2 m² Flachkollektoren pro Verbraucher je nach Ausrichtung der Anlage) decken solche Anlagen in der Regel 50% bis 60% des jährlichen Warmwasserbedarfes über die Sonne. Die restliche Wärme wird wie bei konventionellen Anlagen automatisch vom Wärmeerzeuger bereitgestellt.

Auf dem Vormarsch sind kombinierte Anlagen für Warmwasser und Heizungsunterstützung. Sie werden wesentlich größer ausgelegt und sind dadurch in der Lage, in der Übergangszeit und an sonnigen Wintertagen auch einen Teil des Heizenergiebedarfes abzudecken.

Im Bereich energiesparender Neubauten ist es auch unter unseren Klimabedingungen möglich, die Sonne als alleinige Wärmequelle im Gebäude einzusetzen. Sogenannte Null-Heizenergie-Häuser speichern die Sonnenenergie in saisonalen Wärmespeichern, nutzen also im Winter die gespeicherte Wärme des Sommers. Solche Systeme wurden sowohl als individuelle Lösung als auch im Verbund (mehrere Gebäude mit einem gemeinsamen erdverlegten Speicher ) realisiert.

Qualität und Lebensdauer

Thermische Solaranlagen sind längst ausgereift und in qualitativ hochwertiger Ausführung erhältlich. Thermische Kollektoren altern kaum und sind deshalb sehr langlebig. Dies zeigt sich auch an der ungewöhnlich langen Garantiezeit von 10 Jahren, die viele Hersteller auf ihre Produkte geben. Thermische Solaranlagen sind zudem sehr wartungsarm. Lediglich das Frostschutzgemisch sollte nach einigen Jahren bei Bedarf gewechselt werden.

Kosten

Pauschale Kostenangaben sind schwierig, weil Gebäudeintegration und Zeitpunkt der Installation (Neubau oder Sanierung) einen großen Einfluss aufweisen. Als grober Richtwert können spezifische Systemkosten von ca. DM 1500.- bis DM 1800.- pro m² bei kleineren Anlagen (6 m²) und rund DM 1000.- bis DM 1200.- pro m² bei größeren Anlagen (ab 30 m²) angesetzt werden. Im Fall der Neuinstallation können davon die Kosten für einen herkömmlichen Warmwasserspeicher mit Anbindung an die Heizung abgezogen werden. Weitere Kosteneinsparungen können sich ergeben, wenn die Montage einer dachintegrierte Anlage zeitgleich mit der Eindeckung des Daches erfolgt. In günstigen Fällen belaufen sich die Mehrkosten für eine Solaranlage mit 6 m² Kollektoren und einem 300 Liter Speicher auf rund DM 5000.- bis DM 6000.- inkl. MwSt. Davon abzuziehen sind gegebenenfalls noch Fördermittel des Landes oder des Bundes.

Förderung

Die Neuinstallation und auch die Erweiterung von thermischen Solaranlagen ist in unterschiedlicher Form förderfähig (Zuschüsse, zinsverbilligte Darlehen, Eigenheimzulage). Beim beliebten und sehr einfachen Förderprogramm des Bundes ("Erneuerbare Energien" des BMWi) beträgt die Förderhöhe DM 250.- pro m² installierter Kollektorfläche (Flachkollektoren) sowohl für private als auch gewerbliche Nutzung. Interessant ist dabei, dass für gleichzeitig durchgeführten Maßnahmen an Gebäudehülle und Haustechnik weitere Fördermittel - maximal in gleicher Höhe wie die Solarförderung – beantragt werden können.

Wirtschaftlichkeit

Generell kann gesagt werden, dass bereits heute viele Anwendungen der Solarthermie wirtschaftlich zu betreiben sind. Besonders günstig sind die solare Erwärmung größerer Schwimmbäder, der Einsatz von Luftkollektoren für Trocknungszwecke (Landwirtschaft) und alle Anwendungen, wo teure Energieformen substituiert werden können (z.B. Ersatz von Elektroboilern).

Es ist allerdings darauf hinzuweisen, dass in Wirtschaftlichkeitsberechnungen viele Parameter einfließen, die (noch) nicht bekannt sind und deshalb prognostiziert werden müssen. Dazu gehören die erwartete Lebensdauer der Anlage, die zeitliche Entwicklung des Zinsniveaus und die Teuerung der substituierten Energieform während der gesamten Abschreibungszeit der Anlage. Je nach den getroffenen Annahmen ergeben sich sehr unterschiedliche Ergebnisse. Seriöse Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen legen deshalb immer die Methode mit allen Parametern offen.

Hinweise für Interessenten

Thermische Solaranlagen sind ausgereift und in vielen Fällen wirtschaftlich zu vertreten. Je nach Komplexität des Vorhabens ist es ratsam, eine Vorplanung mit einer Ertragssimulation durchführen zu lassen oder aber – in einfachen Fällen - direkt Angebote von Fachfirmen einzuholen. Zusätzlich gibt es bei verschiedenen Verbänden, Vereinen oder Institutionen die Möglichkeit, sich unverbindlich und individuell beraten zu lassen.

Wer sich grundsätzlich für die Nutzung von Sonnenenergie interessiert, aber zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht investieren kann oder will, sollte sich auf jeden Fall die solare Zukunft nicht verbauen. So ist es beispielsweise sinnvoll und kostengünstig, bei Baumaßnahmen Leerrohre für eine spätere Anbindung der Solarenergie vorzusehen. Auch bei der Beschaffung von Warmwasserspeichern sollte überlegt werden, ob die geringen Mehrkosten für ein "solarfähiges" Modell aufzuwenden sind.

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