Wärmequellen (Erdwärme, Sonne und Biomasse) / 2.1 Thermische Solaranlagen

Solarthermie-Anlagen – auch als "Sonnenkollektoranlage" oder "Solarheizung" bezeichnet – wandeln das eingefangene Sonnenlicht in Wärme für die Bereitung von warmem Wasser, zum Heizen von Räumen oder Schwimmbecken um. Solarthermie kann aber auch zur Erzeugung von Kälte und von Prozesswärme verwendet werden.

Die Solarthermie-Anlage besteht aus mehreren Komponenten, die unterschiedliche Aufgaben erledigen. Typisch sind die folgenden Komponenten einer Solarthermie-Anlage:

• Solarthermie-Kollektoren,
• Solarregler,
• Wärmetauscher,
• Wärmemengenzähler,
• Solarspeicher,
• Pufferspeicher,
• Solarpumpe,
• Ausdehnungsgefäß.

Kollektoren

Um die Sonnenstrahlung solarthermisch zu nutzen, werden sogenannte Kollektoren aufgestellt. In diesen wärmeisolierten Röhrensystemen befindet sich eine Trägerflüssigkeit, die durch die Strahlungswärme der Sonne erhitzt wird. Als Trägermedium können ein öliges Gemisch aus Propylenglycol und Wasser (Frostschutzmittel) oder reines Wasser dienen.

Es gibt verschiedene Solarthermie-Kollektoren. Die Unterschiede ergeben sich aus der Bauart der Kollektoren, die wiederum von deren Einsatzzweck abhängt. Die häufigsten Arten sind der Flachkollektor und der Vakuumröhrenkollektor. Daneben werden aber auch von Luftkollektoren und Schwimmbadabsorber eingesetzt. Während Luftkollektoren und Schwimmbadabsorber zur Erwärmung von Badewasser eingesetzt werden, dienen Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren der Trinkwassererwärmung und der Unterstützung der Heizungsanlage. Weitere Kollektorenvarianten sind Hybridkollektoren (PV/T-Kollektoren) und Speicherkollektoren. Die einen verbinden Photovoltaik und Solarthermie in einem Bauteil, stellen also Strom und Wärme bereit, die anderen sind direkt mit einem eigenen Speicher ausgestattet. Beide sind nicht sehr breit auf dem deutschen Markt vertreten. Daneben wird derzeit auch in den Forschungslabors von Wissenschaft und Industrie an Betonkollektoren, Glaskollektoren und anderen Entwicklungen gearbeitet.

• Flachkollektor

  Am häufigsten in Deutschland eingesetzt wird der Flachkollektor. Nach Angaben des Bundesverbands Solarwirtschaft gehören ungefähr 90 % aller installierten Kollektoren zu dieser Bauart. Er hat einen guten Wirkungsgrad, der aber bei höheren Temperaturen stark abnimmt. Das ist allerdings für die Warmwasserbereitung und die Heizungsunterstützung im häuslichen Bereich wenig relevant. Und er ist mit einem Preis von 300 bis 400 EUR brutto pro Quadratmeter Kollektorfläche deutlich preiswerter als der Vakuumröhrenkollektor. Kernstück des Kollektors ist der Absorber. Seine Fläche ist je nach Ausführung aus Aluminium- oder Kupferblech gefertigt und wandelt an ihrer mit speziellem Glas abgedeckten Oberfläche die Sonnenstrahlung in Wärme um. Der Absorber ist oft mit einer PVD-Beschichtung (Physical Vapour Deposition) versehen, die die Wärmeausbeute bei gleichzeitiger Senkung der Abstrahlverluste erhöhen soll.

• Vakuumröhrenkollektor

  Beim Vakuumröhrenkollektor verteilt sich die Absorberfläche auf mehrere einzelne Röhrchen. In diesen befindet sich ein Vakuum. Dadurch geht deutlich weniger Wärme verloren. Die Röhren werden entweder direkt von der Solarflüssigkeit durchströmt oder es wird das Heatpipe-Verfahren eingesetzt, bei dem sich in den Röhrchen eine Flüssigkeit befindet, die die eigentliche Solarflüssigkeit indirekt erwärmt, aber nicht mit dieser in Kontakt kommt. Bei hohen Temperaturen und im Winter erzielt ein Vakuumröhrenkollektor deutlich höhere Wirkungsgrade als der Flachkollektor. Mit einem Preis zwischen 400 und 800 EUR brutto pro Quadratmeter Kollektorfläche ist er aber auch entsprechend teurer.

• Luftkollektor

  Der Luftkollektor nutzt die Sonnenstrahlung, um Luft anstelle einer Flüssigkeit zu erwärmen. Daher friert er im Winter nicht ein und es gibt kaum Probleme mit Rost. Der Anschaffungspreis ist günstiger, da einfachere und preiswertere Materialien verwendet werden. Da Luft die Wärme aber nicht so gut transportieren und vorhalten kann wie eine Flüssigkeit, sind zusätzlich Ventilatoren erforderlich, um die Luft in Bewegung zu setzen. Sie verbrauchen im Schnitt mehr Strom als die Wasserpumpen bei Flach- und Röhrenkollektoren. Geeignet ist der Luftkollektor besonders für Gebäude mit Luftheizungssystemen wie Schwimmbäder oder Lagerhallen.

• Schwimmbadkollektor/ -absorber

  Der Schwimmbadkollektor oder Schwimmbadabsorber soll einen konstanten Fluss vergleichsweise niedriger Temperatur gewährleisten. Er ist sehr einfach aufgebaut. Meist ist es ein einfacher wetterfester und korrosionsbeständiger Kunststoffabsorber ohne zusätzliche Isolierung oder Abdeckung.

Die Kollektoren werden auf dem Hausdach befestigt. Solaranlagen, die ausschließlich Warmwasser bereiten sollen, erfordern meist eine Kollektorfläche von 3 bis 7 Quadratmeter, während eine heizungsunterstützende Anlage eine Dachfläche von durchschnittlich 7 bis 15 Quadratmeter benötigt.

Solarregler

Er steuert den Betrieb der Solarthermie-Anlage, schaltet sie ein und aus, erkennt, wenn der Speicher nicht voll geladen ist und setz...