Solarthermieanlage

In der Solarthermie wird die thermische Energie der Sonnenstrahlung nutzbar gemacht.

Bei der passiven Nutzung in der Architektur erwärmt die Sonne direkt, also ohne technische Apparate, ein Gebäude z.B. durch entsprechend ausgerichtete Fensterflächen oder durch sogenannte Transparente Wärmedämmung, bei der das Sonnenlicht die äusserste Dämmschicht durchdringen kann und so die dahinter liegende Mauer erwärmt.

Von aktiver Nutzung spricht man dann, wenn entsprechend konstruierte Absorberflächen Sonnenwärme sammeln und diese mit Hilfe eines Mediums, z.B. zu einem Wärmespeicher, transportiert wird. Im Haushalt findet die Sonnenwärme vorwiegend zur Erwärmung von Wasser und der Raumluft bzw. den Räumen Verwendung. Ein typische Anwendung hierfür ist der Sonnenkollektor.

Solarthermische Anwendungen sind umso effizienter, je mehr von der Sonneneinstrahlung tatsächlich absorbiert wird und je weniger der dabei entstehenden Wärme durch Wärmestrahlung, Wärmeleitung oder Wärmeübertragung verloren geht. Um eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen, verfügen mittlerweile die marktüblichen Absorber von Sonnenkollektoren über eine selektive Beschichtung. Diese hat eine besonders hohe Aufnahmefähigkeit (Absorptionsgrad) für den Spektralbereich des Sonnenlichts, in dem die meiste Energie eingestrahlt wird, während die Abstrahlung infraroter Wärme-Strahlung durch einen geringen Emissionsgrad minimiert wird. Einfache schwarze Farbe nimmt dagegen so gut auf, wie sie Wärmestrahlung abgibt.

Aktive Nutzung

Die direkte Nutzung der Solarthermie in thermischen Solaranlagen geschieht über Sonnenkollektoren. Handelsübliche Kollektoren erreichen Wirkungsgrade zwischen 60 und 70 Prozent. Das Heisst, sie können bis zu 70 Prozent der auf die Kollektorfläche auftreffenden Sonnenenergie in nutzbare Wärme umwandeln. In diesen Kollektoren wird meist ein Wasser-Propylenglykol-Gemisch als Wärmeträgermedium verwendet. Durch den Zusatz von Propylenglykolwird ein Frostschutz und ein Gefrieren ohne Volumenzunahme (kein Frostsprengen der Anlage) erreicht, sowie eine Siedetemperatur, die je nach Druck 150 °C und mehr betragen kann. Bei höheren Temperaturen gehen viele Kollektoren in Stillstand und liefern keine Energie meh. Die jährlich nutzbare Wärmeenergie, die ein Solarkollektor von 6 m2 im privaten Wohnungsbau liefert, liegt bei ca. 2.100 Kilowattstunden(ca. 350 KWh/m2). Grössere Kollektorflächen haben tendenziell niedrigere Nutzungsgrade, da der Wärmebedarf im Sommer oft nicht mit dem Angebot wächst. Die grössere Fläche wird jedoch in den sonnenärmeren Zeiten benötigt.

Ein weiterer Einsatz der Solarthermie ist die aktive solare Klimatisierung, bei der eine Absorptionskältemaschine zur Kühlung von Gebäuden mit Sonnenwärme betrieben wird.

Einsatz von Solarthermieanlagen

Überwiegend werden thermische Anlagen in der Haustechnik genutzt. Die gewonnene Wärme wird wird hierbei hauptsächlich zur Trinkwasser-Erwärmung und für Heizzwecke eingesetzt. Für die Unterstützung der Raumheizung wird eine grössere Kollektorfläche, als für die Trinkwassererwärmung, benötigt.

Bestandteile einer thermischen Solaranlage

Als wichtigster Bestandteil einer Solaranlage wird meist der Kollektor angesehen, der die Sonnenwärme aufnimmt und absorbiert. Ohne Kollektor kann es keine Thermische Solaranlage geben.

Für die Leistung der Solaranlage aber ebenso wichtig sind:

  • Der Solarwärmespeicher, der Wärme aufnimmt und speichert, die nicht sofort verbraucht werden kann
  • Der Solarkreislauf, über den die Wärme vom Kollektor in den Speicher verbracht wird
  • Die zum Solarkreislauf gehörende Pumpenstation
  • Der Solarregler, der die Solaranlage steuert

Kollektorarten

Der Sonnenkollektor ist der Teil der Solaranlage, der das Licht und die Wärme der Sonne aufnimmt. Für seine Leistung ist entscheidend, dass er einen grossen Teil der Energie des Sonnenlichtes aufnimmt (Absorption), gleichzeitig nur wenig davon wieder als Wärmestrahlung (Emission) abgibt. Stattdessen soll die absorbierte Wärme möglichst verlustfrei auf die so genannte Solarflüssigkeit übertragen werden.

Man unterscheidet zwischen folgenden Kollektoren:

  • Flachkollektoren, die mit herkömmlichen Dämm-Materialen gegen die Wärmeverluste geschützt werden. Sie sind wegbereitend für die effiziente Solarnutzung gewesen.
  • Vakuumröhrenkollektoren, diese arbeiten nach dem Thermoskannenprinzip. Um die das Transportmedium enthaltene innere Absorberröhre ist eine zweite, äussere Glasröhre gesetzt und dem Zwischenraum zur optimierten Dämmung die Luft entzogen (Vakuum). Sie sind vor allem bei hohen Temperaturdifferenzen zwischen Aussenluft und Absorber leistungsfähiger als andere Bautypen.

Hinweis: Sonnenkollektoren die Licht aufnehmen und in Strom umwandeln, bezeichnet man als Solarzellen oder Solarmodule (ein Solarmodul enthält mehrere Solarzellen). Die komplette Anlage bezeichnet man als Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage).

Hier finden Sie Ihren
EnergieHaus-Partner!