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Die thermische Solaranlage

Bei einer thermischen Solaranlage nutzen Sonnenkollektoren die Energie der Sonne zur Warmwasserbereitung. Ein Sonnenkollektor absorbiert die Sonnenstahlen, vergleichbar eines schwarzen Gartenschlauchs, der in der Sonne liegt. Die dunkle Farbe der Kollektoren trägt dazu bei, möglichst viel einfallende Strahlung aufzunehmen und in Wärme umzuwandeln. Diese Absorber werden gut isoliert eingebaut und mit einer speziellen Glasplatte abgedeckt, oder in Vakuumröhren eingesetzt, um möglichst keine langwellige Wärmestrahlung an die Umgebung abzugeben. Um möglichst viel der Sonnenstrahlen einzufangen und in nutzbare Wärme umzuwandeln, sind diese Sonnenkollektoren natürlich entsprechend optimiert. Die beginnt bei der “Farbe”, die angefangen von einfachen (schwarzchrom) Solarlack bis zur hochselektiven Absorberbeschichtungen (Sunselect, TINOX) reicht. Auch der Absorber selbst muß natürlich entsprechenden Anforderungen entsprechen um möglichst jede gewonnene Wärme schnell aufzunehmen und wieder an den Wärmeträger weiterzugeben. Der ganze Kollektor muß hohen Temperaturänderungen standhalten, und das bei möglicht hohem Wirkungsgrad (immerhin können Solarkollektoren durchaus Temperaturen von über zweihundert °C erreichen).

Auch die Zusammensetzung der Sonnenstrahlung hat einen Einfluß auf die Leistung des Kollektors. An sonnigen wolkenlosen Tagen überwiegt die direkte Einstrahlung des Sonnenlichtes und der Kollektor kann entsprechend viel Energie sammeln. Die Leistung des Kollektors (speziell bei einfachen Schwarzchrombeschichtungen)  sinkt dramatisch bei abnehmender Direkteinstrahlung (bewölkten Himmel). Hier sind die Kollektoren mit hochselektiven Beschichtungen und Röhrenkollektoren eindeutig im Vorteil. Selbst an klaren Wintertagen trägt die Solaranlage noch zur Wärmeerzeugung bei, indem sie das Wasser vorheizt. Die Nachheizung über ein anderes Heizsystem ist dann mit wesentlich weniger Energieaufwand verbunden.

Besonders in den Sommermonaten ist eine Warmwasserbereitung über die herkömmliche Heizungsanlage viel zu uneffektiv, und kann nahezu vollständig von einer Solaranlage gedeckt werden.Wenn Spülmaschine und Waschmaschine mit an die Solaranlage angeschlossen werden, so braucht das Wasser nicht erst in der Maschine mit teueren Strom erhitzt werden, was eine weitere Einsparung mit sich bringt. Vorsicht bei der Waschmaschine. Eine Kopplung von Solaranlage und Regenwasseranlage ist nur mit erhöhten Aufwand möglich (dann ist zweiter Solarspeicher oder Wärmetauscher wegen der Trennung Regenwasser/Trinkwasser notwendig).

Der Kollektor

Der Kollektor ist das Herzstück der Solaranlage und befindet sich üblicherweise auf  der Südseite von Dächern. Dabei ist auf eine ungehinderte Sonneneinstrahlung zu achten. Bäume oder Nachbargebäude dürfen keine Schatten auf die Kollektoren werfen. Meist werden die Kollektoren auf dem Dach montiert, können aber auch direkt in die Dachhaut integriert werden. Abweichungen in der Ausrichtung  können bei Bedarf mittels Zusatzkollektoren kompensiert werden. Bei der Wahl Ost oder West, sollte man die Westausrichtung vorziehen. Der ideale Neigungswinkel der Kollektoren sollte bei etwa 45° liegen. Bei Anlagen zur Heizungsunterstützung auch ruhig etwas steiler.

Im allgemeinen werden Flachkollektoren eingesetzt. Während bei einfachen Anlagen für Warmwasser teilweise noch schwarzchrombeschichtete Kollektoren eingesetzt werden, sind bei Anlagen mit Heizungsunterstützung hochwertige selektive beschichtete Kollektoren vorzuziehen. Die Vakuumkollektoren haben einen höheren Wirkungsgrad, sind aber auch entsprechend teuerer. Sonderformen beinhalten gleich einen integrierten Speicher. Sie werden hauptsächlich in Saisonobjekten bzw. in wärmeren Regionen eingesetzt und arbeiten völlig unabhänig. Weitere Sonderformen sind die Absorber zum Aufheizen von Schwimmbädern, die aus Schläuchen oder Matten bestehen, große Mengen des Wassers erwärmen aber keine solch hohen Temperaturen zur Verfügung stellen.

Wird der Kollektor direkt mit den Trinkwasser betrieben, so eignet er sich nur für Sommerbetrieb (Gefahr des Einfrierens im Winter),  außerdem besteht die Gefahr des Verkalkens. Deshalb wird durch den Kollektor eine Wärmeträgerflüssigkeit geschickt (in der Regel, Wasser-Frostschutz oder eine spezielle Solarflüssigkeit).

Der Solarspeicher

Im Gegensatz zu einem normalen Warmwasserspeicher verfügt der Solarspeicher über ein wesentlich komplexeres Innenleben. Im einfachsten Fall besitzt ein Solarspeicher zwei Wärmeaustauscher. Einen im unteren Speicherbereich angeordneter gibt die von den Solarkollektor aufgenommene Wärme ab, der zweite, im oberen Bereich angeordnet übernimmt bei Bedarf das Nachheizen des Wassers über die herkömmliche Heizungsanlage. Ein Solarspeicher ist meist schlank und hoch gebaut und sorgt durch einen mehr oder weniger aufwendigen Aufbau für eine Wärmeschichtung des Wasseres. Das heißt, das der Speicher unten möglichst lange kalt bleibt, während sich die ganze Wärme zuerst oben sammelt, um möglichst schnell zur Verwendung zur Verfügung zu stehen. Außerdem kann die Solaranlage selbst bei kleinen Ausbeuten, diese in den kalten Teil des Speichers einlagern. Spezielle Schichtenspeicher verfeinern dieses noch durch aufwendige Verfahren. Reicht die erzeugte solare Wärme nicht aus, so wird nur der obere Bereich des Speichers nachgeheizt, der untere Bereich steht auch weiterhin der Solaranlage zur Verfügung.

Ein Solarspeicher wird in der Regel entsprechend größer als ein herkömmlicher Warmwasserspeicher dimensioniert, um Schwankungen zwischen Wärmeangebot und Bedarf besser puffern zu können. Während normale Warmwasserspeicher üblich zwischen 80 und 150 Liter Trinkwasserinhalt haben, fangen Solarspeicher bei 300 Liter Inhalt an. Außerdem benötigen Solarspeicher eine möglichst hochwertige Dämmung um die solare Ausbeute auch lange im Speicher zu halten. Bei Solaranlagen mit Heizungsunterstützung kommen oft Kombispeicher zum Einsatz. Hierbei sorgt ein großer Speicher für die Aufheizung des Heizungswassers, während ein kleiner innenliegender Speicher dem Trinkwasser vorbehalten ist.

Die Regelung

Eine Regelstation übernimmt die Steuerung der Anlage. Im einfachsten Fall überwacht sie ständig die Temperaturen im Kollektor und im Speicher und schaltet die Umwäzpumpe ein. Meist werden inzwischen intelligente Steuerungen eingesetzt, deren Leistungsumfang um ein vielfaches Angewachsen ist. So können einige mehrere Kollektorfelder steuern, bequem mit Computer vernetzt werden, die eingefangene Wärme messen, und eine vielzahl von anderen Steueraufgaben mehr übernehmen.

Wichtige Informationen für den Neubau, Umbau oder bei der Erneuerung der Heizungsanlage !

Um später eine Solaranlage kostengünstig nachrüsten zu können, sollten einige wichtige Dinge beachtet werden, die beim Neubau nicht viel kosten, bei der Installation viel Geld einsparen und die Montage vereinfachen.

1. Steigleitungen installieren !

Installieren Sie beim Neubau gleich 2 Kupferrohre ( 18 mm bei Anlagen bis ca, 12 mm² / 22 mm bei größeren Anlagen, 100% isoliert, temperaturbeständig bis mind. 120°C) und zwei Elektro-Lehrrohre (bzw. die Leitungen für den Temperaturfühler mind. 2 x 0,5 mm² und einer mögl. Zuleitung 3 x 2,5 mm²) vom Heizraum bis zum Dachboden.

Oder planen Sie (besser) einen Installationsschacht ein um später bei Bedarf die notwendigen Rohre und Kabel leicht nachinstallieren zu können. Vorverlegte Rohre und Kabel sind nicht für alle Anlagen optimal ausgelegt (z.B. brauchen “Low-Flow-Anlagen” kleinere Rohre).

2. Solarspeicher installieren !

Beim Einbau der Heizung sollten Sie darauf achten, daß Ihr Brauchwasserspeicher ein Solarspeicher ist. Dieser besitzt einen zweiten Wärmeaustauscher für den Anschluß der Solaranlage im unteren Bereich (mit mindestens 1,3 m² Fläche), Die Heizung wird über einen oberen Wärmeaustauscher angeschlossen.  Der Speicher sollte mindestens 300 l Inhalt (4 Personenhaushalt) und eine Isolationsdicke von 100 mm haben. Die Wärmeleitfähigkeitsgruppe sollte wenigstens 040 sein.

3. Lüfterziegel

Um die Anschlußleitungen aus dem Dach zum Kollektor führen zu können, benötigen Sie zwei Lüfterziegel. Sprechen Sie Ihren Dachdecker darauf an.

4. Warmwasseranschluß für Geschirrspüler und Waschmaschine !

Bereiten Sie den Warmwasseranschluß für Geschirrspüler und Waschmaschine vor. Bis zu 90% der benötigten Energie wird bei den Geräten zum Aufheizen des Wassers verwendet. Auch bei einer „normalen“ Warmwassererzeugung mit Öl oder Gas ist es ratsam, diese Geräte mit über die Warmwasserleitung zu versorgen.

Vorsicht wenn Sie die Waschmaschine mit Regenwasser betreiben wollen. Regenwasser und Trinkwasser müssen stets getrennt werden. Das bedeutet, sie dürfen kein kaltes Regenwasser mit solar erwärmten Trinkwasser in Verbindung bringen.

Falls Sie sich momentan noch nicht für den Einsatz einer Solaranlage entschließen können, beachten Sie bitte vorsichtshalber die oben erwähnten Punkte. Eine Solaranlage kann über die Hälfte der Energiekosten zur Warmwasserbereitung einsparen. Nicht verbranntes Öl oder Gas wirken sich positiv auf unser Klima aus. Auch werden in absehbarer Zeit die Energieträger wesentlich teuerer werden. Aber Sie haben die Option, diese Kosten zu senken. Bitte geben Sie diese Informationen auch an andere Bauwillige weiter.