Nutzung der Sonneneinstrahlung zur Wärmegewinnung für die Trinkwassererwärmung, die Gebäudeheizung
Abb. 1: Aufbau von gängigen solarthermischen Anlagen zur Trinkwassererwärmung Ⓐ und zur Heizungsunterstützung Ⓑ;
Quelle: © Agentur für erneuerbare Energien
Aufbau eines Flachkollektors; der Absorber Ⓐ ist dunkelblau, die Dämmung Ⓑ gelb.
Quelle: © BDH+BWP
Nutzung der Sonneneinstrahlung zur Wärmegewinnung für die Trinkwassererwärmung, die Gebäudeheizung, für das Bereitstellen von Prozesswärme – oder auch von elektrischem Strom.
Der Aufbau von in Deutschland gängigen solarthermischen Anlagen zur Wärmeversorgung von Gebäuden ist fast immer ähnlich (Abb. 1), auch wenn die jeweiligen Hersteller viele Varianten entwickelt haben:
Diffuse und direkte Sonneneinstrahlung erhitzt einen Wärmeträger, der zwischen Sonnenkollektoren auf dem Dach (oder an der Fassade) und dem Wärmetauscher des Pufferspeichers im Haus zirkulierend durch Rohre gepumpt wird.
Dieser Wärmeträger ist in der Regel Wasser. Für den nötigen Frostschutz sorgt meist beigemischtes Glykol. Es gibt aber auch Konzepte mit purem Wasser, das bei Frostgefahr aus dem Pufferspeicher nachgeheizt wird („Aquasolar-System“) oder in einen Behälter im Gebäude abfließt („Drain-Back-System“) – und sogar mit Luft (nur im Neubau).
Die Sonnenkollektoren bestehen in der einfachsten Version nur aus dem Absorber: einem Rohrbündel aus Kunststoff (ausreichend für Freibäder oder Wärmepumpen) oder nicht rostendem Stahl (für Trinkwasservorwärmung). Bei einer effizienteren – und der gängigsten – Bauart, dem Flachkollektor, sind Metallröhrchen unter ein Absorberblech mit dunkler Spezialbeschichtung geschweißt. Das Ganze ist in einen flachen Kasten aus Metall oder Kunststoff eingehaust, der wärmegedämmt und mit einer Glasplatte abgedeckt ist. Die Wärmeträger hat hier bis zu etwa 90 °C, wenn er den Kollektor Richtung Haus verlässt. Noch effizienter (und noch teurer) ist der Vakuumkollektor.
Die DGS nennt 1,5 Quadratmeter Flachkollektor-Absorberfläche pro Person als Faustregel für einen solaren Deckungsanteil an der Trinkwassererwärmung von 60 Prozent. Soll zusätzlich direkt die Heizung unterstützt werden („Kombianlage“), setzt das einen etwas anderen Pufferspeicher, eine Flächenheizung und mindestens um 45 Grad nach Süden geneigte Kollektorflächen voraus. Für 15, in sehr günstigen Fällen bis 35 Prozent solare Deckung des Gesamtwärmebedarfs braucht es dann 0,5 bis 1,1 Quadratmeter Absorberfläche pro zehn Quadratmeter beheizte Wohnfläche. Solare Deckungsanteile von 50 bis 100 Prozent laufen unter der Bezeichnung „Sonnenhaus“, benötigen etwa 2,1 Quadratmeter – und einen Saisonspeicher vom Keller bis unters Dach.
– Für Prozesswärme zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie oder für die galvanische Metallbeschichtung benötigt man in der Regel ein dauerhaft höheres Temperaturniveau (meist ab 60 bis 90 °C) als für die Wärmeversorgung von Gebäuden. Technisch ist das – zumal mit Vakuumkollektoren – machbar, rechnet sich jedoch derzeit in Mitteleuropa meist nur dann, wenn die Investitionskosten um wenigstens etwa die Hälfte heruntersubventioniert werden. Und um mit Solarthermie über eine klassische Dampfturbine und einen Generator Strom zu gewinnen, muss das Temperaturniveau mit etwa 250 °C noch höher sein. Deshalb kommen nördlich von Südspanien Anlagen mit dieser Technik nicht in Betracht: Die Menge an direkter Sonneneinstrahlung – nur diese lässt sich gut mit Spiegeln fokussieren – wäre gemessen am baulichen Aufwand zu klein.
Englisch: solar thermal energy