Thermische Solaranlagen

Vor allem als Unterstützung und Entlastung von konventionellen Heizsystemen eignet sich die Solartechnik ausgezeichnet – sie sparen Geld und schonen zugleich die Umwelt.

Funktionsweise einer thermischen Solaranlage

Das Herzstück eines jeden Sonnenkollektors ist ein schwarz beschichteter Absorber aus Kupfer oder Aluminium. Dieser fängt Sonnenstrahlen auf und gibt die gewonnene Wärme an ein Wasser-Frostschutzgemisch ab, ähnlich wie es bei einem von der Sonne erwärmten Gartenschlauch der Fall ist. Diese Flüssigkeit leitet die gewonnene Wärme zum Warmwasserspeicher, wo sie mit Hilfe eines Wärmetauschers an das Brauchwasser abgegeben wird.

Mittels einer speziellen Beschichtung wird verhindert, dass der Absorber zu viel Wärme wieder an die Umgebung zurückleitet. Ein solcher Sonnenkollektor ist in der Lage, pro Quadratmeter und Jahr etwa 400kWh Warmwasser zu erhitzen.

Komponenten einer thermischen Solaranlage

Es gibt grundsätzlich drei Bauarten von Kollektoren, welche nach der Dämmtechnik unterschieden werden:

1. Flachkollektoren

setzen sich aus einer flachen, ebenen und transparenten Abdeckung, welche zusätzlich den Wärmeverlust mindert, dem Absorber, der Wärmedämmung sowie einem Gehäuse zusammen. Der Absorber wird bei den Flachkollektoren in einen mineralischen Dämmstoff eingebettet. Dieser befindet sich auf der Rückseite des Absorbers und an den Seitenwänden des Gehäuses. Flachkollektoren bieten verschiedene Montagemöglichkeiten (Indach, Aufdach, Freiaufstellung) und eignen sich am besten zur Erwärmung von Wasser zwischen 30°C bis 50°C.

Flachkollektoren haben derzeit den größten Marktanteil, denn sie verursachen bauartbedingt die geringsten Herstellungskosten und sind in der Anschaffung günstiger als die Vakuum-Röhrenkollektoren.

2. Vakuum-Röhrenkollektoren

setzen sich aus vielen Glasröhren zusammen. Der Absorber befindet sich, in Form von dünnen Blechstreifen, in den einzelnen Röhren. In jeder Röhre herrscht ein Vakuum, das als Wärmedämmung dient. Bei den Vakuum-Röhrenkollektoren gibt zwei verschiedene Bauformen:

direkte Durchströmung und die Heat-Pipe-Technik. Das Vakuum gewährleistet eine überaus gute Wärmedämmung, daher sind die Wärmeverluste geringer, es kann ebenfalls eine höhere Temperatur erzielt werden und der Platzbedarf ist durch die Röhrenkonstruktion geringer.

3. Niedrigtemperatur-Absorber

bestehen aus nicht gedämmten Absorber-matten. Die Matten nehmen neben der Sonnenstrahlung auch Umweltwärme (aus der Erde, dem Regen) auf. Da die Matten oft vorkonfektioniert sind, gestaltet sich die Montage sehr einfach. Einfachabsorber stellen die günstigste Kollektoren Variante dar. Sie erreichen jedoch nur ein geringes Temperaturniveau und sind deshalb am besten für die Erwärmung von Swimmingpools geeignet.

Absorber:

Ist, wie bereits erwähnt, das Herzstück des Sonnenkollektors. Er absorbiert die Sonnenenergie und wandelt diese in Wärme um. Die gewonnene Wärme wird an die „Solarflüssigkeit“ weitergegeben und danach in den Solarspeicher geleitet.

Wärmetauscher:

Ein Wärmetauscher überträgt die solar gewonnene Wärme auf den Brauchwasser- oder Heizkreislauf. Je nach Lokalisierung, wird zwischen internen (befinden sich im Speicher) und externen (außerhalb des Speichers) Wärmetauschern unterschieden.

Solarspeicher:

Ein Solarspeicher wird benötigt, um das solar erwärmte Wasser über einen möglichst langen Zeitraum hinweg zwischenzulagern und bei Bedarf an die Wärmeverbraucher abzugeben. Der Solarspeicher ist äußerst wichtig, denn das Angebot an Sonnenenergie unterliegt starken Schwankungen, daher ist auch das Wärmeangebot nicht konstant.

Solarspeicherdimension:

Solarspeicher zur Trinkwassererwärmung müssen das 2-bis 3-Fache des Tagesverbrauchs an Trinkwasser abdecken können. Das entspricht etwa 80 Litern pro Person. Bei einem Einfamilienhaus müsste das Speichervolumen dieser Anlagen demnach bei 300 bis 500 Litern liegen. (optimale Kollektorfläche: zwischen 6 und 8m2) Das Speichervolumen von Solarspeichern zur Heizungsunterstützung sollte mind. 700 Liter betragen. (optimale Kollektorfläche: zwischen 9 und 12m2) Faustformel zur Dimensionierung des Speichers: Kollektorfläche (m2) * 80 = Speicherinhalt in Liter

Solarregler mit Solarpumpe:

Die Funktion einer thermischen Solaranlage wird durch den Solarregler vollautomatisch geregelt. Der Solarregler prüft und vergleicht die Kollektortemperatur mit der des Speichers. Er steuert überdies die Solarpumpe. Sollte die Kollektortemperatur 3 bis 5°C über der des Speichers liegen schaltet sich die Pumpe ein. Kaufen Sie keine allzu komplexen Steuersysteme, denn das kann teuer werden und ist nicht notwendig.

Verrohrung:

Die Rohrleitungen sollten gut gedämmt sein, einen möglichst geringen Durchmesser haben und die Leitungswege müssen kurz sein. Dann ist der Wärmeverlust am geringsten. Nur wenn alle Anlagenkomponenten sowie die Zusatzheizung richtig aufeinander abgestimmt werden, kann die Solaranlage gute Erträge bringen und effizient arbeiten.

Größe und Leistung einer thermischen Solaranlage

Wärmedämmung des Gebäudes:

Der Einsatz einer Solaranlage mit Heizungsunterstützung lohnt sich ausschließlich bei Passiv- Niedrigenergiehäusern und gut gedämmten Altbauten. Hier bietet sich die teilsolare Raumheizung als eine wirtschaftlich äußerst interessante Alternative an. Grundlage dafür ist ein Niedrigtemperaturheizsystem, welches geringe Vorlauftemperaturen ermöglicht. Dann kann die Solaranlage (+Kombi-Pufferspeicher) mit einer Zusatzheizung (z.B Pellets, Gas oder Öl) kombiniert werden.

Standort:

Wie ist die Strahlungsintensität? – Hier wird zwischen Diffusstrahlung (Strahlung die von Hindernissen – Wolken, Gebäude, Bäume – in alle Richtungen abgestrahlt wird) und Direktstrahlung (Strahlung die direkt einfällt) unterschieden. Es ist sehr empfehlenswert bei der Anlagenplatzierung darauf zu achten, dass möglichst kein Schatten auf die Anlage fällt. (bzw. die Diffusstrahlung zu reduzieren). Dann ist der Ertrag höher.

Kollektorart- ausrichtung – neigung

Die Leistung einer thermischen Solaranlage hängt von ihrer Gesamtgröße, der Fläche und Ausrichtung der Kollektoren, dem Volumen des Speichers, der Wärmedämmung, der Witterung, einer intelligenten und gut funktionierenden Solarregelung sowie dem Standort ab. Um eine optimale Leistung und somit optimale Erträge zu erzielen ist es unerlässlich die einzelnen Komponenten der Anlage gut aufeinander abzustimmen.

Der Wirkungsgrad ist eine gute Orientierungsmöglichkeit. Er beschreibt das Verhältnis zwischen der nutzbaren und der zur Verfügung stehenden Sonnenenergie.

Bei thermischen Solaranlagen unterscheidet man zwischen dem Kollektoren Wirkungsgrad (sollte bei 50%-60% liegen) dem optischen Wirkungsgrad (maximaler Wirkungsgrad des Kollektors) und dem Systemwirkungsgrad (beschreibt den Wirkungsgrad der gesamten Anlage) Der solare Deckungsgrad (=Energieeinsparung) ist ebenfalls eine sehr relevanter Faktor. Eine Anlage zur Trinkwassererwärmung sollte einen jährlichen Deckungsgrad von 50-60% haben und eine Kombianlage 35% erreichen.

Anschaffungskosten einer thermischen Solaranlage

Die Anschaffungskosten für Anlagen zur Trinkwassererwärmung belaufen sich bei einem 4-Personen-Haushalt mit 6m2 Flachkollektorfläche auf etwa 6.000 EUR.

Bei Kombianlagen zur Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung muss man mit ca. 11.000 EUR Anschaffungskosten rechnen. Anlagen mit Vakuumröhrenkollektoren sind ca. 30% teurer als jene mit Flachkollektoren.

Wichtig:

Die Kosten und Erträge der Anlagen unterliegen großen Schwankungen, da das Temperaturniveau der Heizungssysteme (Vorlauftemperatur ca. 35°C bei einem Niedrigtemperaturhaus, ca. 80°C bei schlecht oder gar nicht gedämmten Häusern und alten Heizungssystemen), die Wohnfläche und der Wärmebedarf je nach Haus unterschiedlich ausfallen.

Betriebskosten und Wartungsaufwand einer thermischen Solaranlage

Thermische Solaranlagen sollten alle zwei bis drei Jahre gewartet werden. Dabei werden Frostschutzmittel und Regler überprüft. Die Betriebskosten sind relativ gering. Sie umfassen den Strombedarf der Pumpen und die Wartung.

Zertifizierung und Prüfung von thermischen Solaranlagen:

Austria Solar Gütesiegel:

Garantiert eine Lebensdauer der Kollektoren für mind. 10 Jahre und der Speicher für mind. 5 Jahre, Umweltfreundlichkeit (FCKW und HFCKW frei).

Solar „KEYMARK“:

Legt einheitliche Qualitätsanforderungen fest Arsenal Research:

Ermittelt die Kollektorleistung nach den geltenden europäischen Normen