Thermische SolaranlageWikipedia2013

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Thermische SolaranlageWikipedia2013
Thermische Solaranlage
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Thermische Solaranlage
Als thermische Solaranlage werden
Solaranlagen bezeichnet, die Wärme
aus der Sonneneinstrahlung nutzbar
machen (Solarthermie). Die Wärme
wird in der Prozesstechnik oder der
Gebäudetechnik nutzbar gemacht oder
in thermischen Solarkraftwerken zur
Stromerzeugung genutzt.
Die
direkte
Umwandlung
von
Sonnenlicht in Strom – z. B. mittels
Solarzellen – wird dagegen als
Photovoltaik,
die
entsprechenden
Anlagen
als
Photovoltaikanlagen
bezeichnet.
vorne: Sonnenkollektoren auf dem Dach der Universität Speyer; dahinter
Photovoltaikanlage; ganz im Hintergrund Aufdachanlagen auf den GEWO-Häusern von
Speyer-West
Thermosolaranlage in Mörfelden-Walldorf
Thermische Solaranlage
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Einsatzgebiete
Überwiegend werden thermische Solaranlagen in der Haustechnik
genutzt. Die gewonnene Wärme wird hierbei meistens zur
'Trinkwasser'-Erwärmung (Spül-, Dusch- und Badewasser) und für die
Erwärmung der Wohnräume eingesetzt.
Im industriellen Bereich werden Anlagen mit meist mehr als 20 m²
Kollektorfläche
zur
Produktion
von
Prozesswärme
im
Temperaturbereich bis 100 °C oder wenig darüber, etwa zur
Beschleunigung biologischer und chemischer Prozesse bei der
Biomasseverarbeitung oder in der chemischen Industrie oder zur
Aufheizung/Vorwärmung von Luft betrieben.
Ebenfalls zu den thermischen Solaranlagen zählen Anlagen zur solaren
Klimatisierung. Aufgrund der hohen Temperaturen sind sie
vergleichbar mit den Prozessanlagen.
Ein großtechnischer Einsatz findet dagegen in thermischen
Solarkraftwerken wie etwa in Andasol statt. Die meisten dieser
Anlagen verwenden konzentrierende Kollektoren zur Fokussierung der
Sonnenstrahlen auf einen Absorber-Punkt oder eine Absorberlinie, in
dem bzw. der Temperaturen von 390 °C bis über 1000 °C erreicht
werden können. Diese Wärme wird anschließend entweder als
industrielle Prozesswärme genutzt oder über Generatoren in Strom
umgewandelt (solarthermische Stromerzeugung). Da konzentrierende
Anlagen auf direkte Sonneneinstrahlung angewiesen sind, werden sie
nur in sonnenreichen und trockenen Regionen (in Europa
beispielsweise in Südspanien) eingesetzt.
Systemschaubild eines Solarkreislaufs mit
Solarstation
Dieser Artikel konzentriert sich im Folgenden auf den Einsatz der
Solarthermie zur Trinkwasser-Erwärmung und Heizungsunterstützung,
da dies der in Mitteleuropa (noch) häufigste und am meisten
verbreitete Anwendungsbereich ist.
Bestandteile
Tichelmann-System für Sonnenkollektoren
Die thermische Solaranlage besteht aus einem Kollektor, welcher die Sonnenstrahlung in Wärme umwandelt, einem
Solarwärmespeicher, der die nicht sofort genutzte Wärme speichert sowie dem verbindenden Solarkreislauf, über
den die Wärme vom Kollektor in den Speicher transportiert wird. Dieser besteht aus Rohren, Armaturen und
Antriebsaggregaten, die den einwandfreien Betrieb der Anlage sichern, sowie einem Regler, welcher den
Wärmetransport an- und ausschaltet (außer bei Schwerkraft-Anlagen).
Kollektoren
→ Hauptartikel: Sonnenkollektor
Der Sonnenkollektor ist der Teil der Solaranlage, der einen großen Teil der Energie des Sonnenlichts aufnimmt
(Absorption), gleichzeitig aber – trotz eigener Erwärmung – nur wenig davon wieder als Wärmestrahlung abgibt
(Emission). Er überträgt die absorbierte Wärme möglichst verlustfrei auf die so genannte Solarflüssigkeit im
Solarkreislauf.
Die wichtigste bautechnische Unterscheidung bei Kollektoren ist die zwischen
Thermische Solaranlage
• ‚mit Luft gefüllten‘ Kollektoren, die mit herkömmlichen Dämmmaterialien gegen die Wärmeverluste geschützt
werden (Wärmedämmung). Sie sind wegbereitend für die effiziente Solarnutzung gewesen. Sie haben
erfahrungsgemäß eine sehr lange Lebensdauer; es soll Hersteller geben, die eine Funktionsgarantie über 20 Jahre
geben.
• Vakuumröhrenkollektoren; die verbreitetste Variante arbeiten nach dem Thermoskannenprinzip: Um die das
Transportmedium enthaltene innere Absorberröhre ist eine zweite, äußere (Glas-)Röhre gesetzt. Zur besseren
Dämmung wird dem Zwischenraum die Luft entzogen (Vakuum). Sie sind vor allem bei hohen
Temperaturdifferenzen zwischen Außenluft und Absorber leistungsfähiger als andere Bautypen. Sie werden daher
auch im industriellen Bereich eingesetzt, wo Prozesswärme mit konstant über 80 °C benötigt wird.
In Europa sind luftgefüllte Flachkollektoren deutlich häufiger verbreitet, und werden in der Haustechnik
überwiegend eingesetzt. Vakuumkollektoren haben einen höheren Ertrag pro Quadratmeter Absorberfläche.
Allerdings schmilzt der Unterschied bei der Umrechnung auf die Gesamtfläche des Kollektors statt der reinen
Absorberfläche stark zusammen, da bei luftgefüllten Kollektoren der Absorber einen deutlich größeren Anteil der
insgesamt zur Aufstellung benötigten Fläche einnimmt. Bezogen auf die Bruttofläche liegt der Ertrag bei
Vakuumkollektoren theoretisch ca. 20 % über den von Flachkollektoren. Im häufigsten Anwendungsfall von Flachund Röhrenkollektoren - im privaten Einfamilienhaus - ermöglicht ein Vakuum Röhrenkollektor nur die Realisierung
marginaler Ertragsvorteile.[1][2] Die zusätzlich nutzbare Wärmeenergie eines Vakuum Röherenkollektors liegt dann
bei 2-5% bezogen auf den gesamten Energieverbrauch des Hauses. Typenbezogene Leistungsunterschiede bestehen
bei Flachkollektoren und Vakuum Röhrenkollektoren. Ein Vergleich der Leistungsdaten, die in den
Keymark-Zertifikaten[3] zu finden sind, ist unmungänglich. Vakuumröhrenkollektoren bringen vor allem in der
Übergangszeit und im Winter größere Erträge, da bei niedrigen Außentemperaturen die bessere Dämmung zum
Tragen
kommt.
Auch
bei
großen
Temperaturdifferenzen
zwischen
Aussentemperatur
und
Speichermediumtemperatur (mehr als 40°) wird die Effizienz der Vakuumröhrenkollektoren besser.[4] Bei geringer
Temperaturspreizung ist der Flachkollektor im Vorteil. Infolge der besseren Dämmung tauen
Vakuumröhrenkollektoren etwas langsamer ab. In Regionen mit viel Schnee kann dies nachteilig sein.
Eine Mischform sind so genannte Vakuumflachkollektoren. Diese stellen einen Versuch dar, die besseren
Dämmeigenschaften des Vakuums auch in „normalen“ Flachkollektoren zu nutzen. Bauartbedingt neigen diese aber
zu Undichtigkeiten, so dass eindringende Luft die Wärmeisolation verringert und regelmäßig mit Hilfe einer
Vakuumpumpe abgesaugt werden muss.
Bei registerförmigen Absorberrohren oder wenn mehrere Solarabsorber/-kollektoren in einem gemeinsamen
Hydrauliksystem parallel betrieben werden (beispielsweise mit einer gemeinsamen Umwälzpumpe), müssen sie
nach Tichelmann miteinander verrohrt werden, damit eine einigermaßen gleichmäßige Durchströmung aller
Absorber-/Kollektorsegmente sichergestellt ist.
Stagnationstemperatur
Ist jene Temperatur, die der Kollektor bei Normeinstrahlung von 1000 W/m2 im Leerlauf ohne Solarflüssigkeit
erreicht. Die Höhe der Stagnationstemperatur des Kollektors hängt von dessen Güte ab. Meistens findet man in den
Zertifikaten von Kollektoren Temperaturen die sich zwischen 170 und 230 Grad Celsius bewegen, bei einigen
Kollektoren wird diese Temperatur mit über 300 °C angegeben. Umso besser ein Kollektor isoliert ist desto höher ist
diese Temperatur. Jeder Kollektor muss so konstruiert sein, dass dieser, diese Extremtemperaturen auch schadlos
übersteht. Eine beschleunigte Alterung tritt jedoch mehr oder weniger, je nach Konstruktion und Fabrikat immer auf.
Sammelrohre aus Kupfer verzundern bei wiederholt andauernder Stagnation. Es gibt auch Kollektoren mit
Edelstahlsammelrohren. Das Wärmedämmmaterial kann je nach verwendetem Material vorzeitig altern. Im
Nahbereich des Kollektors müssen die Rohrleitungen diese Temperatur schadlos überstehen. Wird ein in Stagnation
befindlicher Kollektor jedoch mit Solarflüssigkeit erneut befüllt so kann dies zu Schäden führen da der
Temperaturschock möglicherweise zu hoch ist. Ein Befüllen von Kollektoren sollte daher nur bei abgedeckten
Kollektor oder in den frühen Morgenstunden bzw. am Abend nach Abkühlung des Kollektors erfolgen.
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Thermische Solaranlage
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Solarspeicher
Um die eingefangene Wärme unabhängig von der aktuellen
Sonneneinstrahlung nutzen zu können, muss sie gespeichert werden.
Wichtige Qualitätsgrößen sind die Speicherkapazität und die
Wärmeverluste.
Thermische Speicherkapazität
Die Speicherkapazität ist proportional zum Speichervolumen, zur
Wärmekapazität des Speichermediums und zur nutzbaren
Temperaturdifferenz.
Als Speichermedium dient überwiegend Wasser. Wasser hat im
Vergleich mit anderen Stoffen eine hohe spezifische Wärmekapazität
von 4,187 kJ/(kg·K). Ein 500-Liter-Warmwasserspeicher enthält bei
einer Temperaturdifferenz von etwa 45 K beispielsweise eine nutzbare
Energiemenge von ca. 26 kWh zwischen Zulauf aus dem
Kaltwasser-Leitungsnetz und Speicher.
Soll ein Wasserspeicher für den Heizungsbetrieb genutzt werden,
empfiehlt sich eine höchstmögliche Speichertemperatur sowie eine
Niedertemperaturheizung
und
die
Anwendung
eines
Heizungsmischers, um eine möglichst große Temperaturdifferenz zu
erzielen. Ein 800-Liter-Speicher mit 80 °C Speichertemperatur und
30 °C Vorlauftemperatur einer Fußbodenheizung könnte dann
beispielsweise 51 kWh vorhalten.
Druckloser 300-l-Solarspeicher
Wärmeverlust
Ein heute üblicher 300-l-Speicher hat (je nach Fabrikat und Hersteller) z. B. einen Wärmeverlust von ca.
1,9 kWh/Tag, ein 600-l-Speicher bei gleichem Dämmstandard ca. 2,4 kWh/Tag. Bei verdoppeltem Speichervolumen
steigt der Wärmeverlust also nur um ca. 30 % an. Ein Grund dafür ist, dass die Oberfläche eines Speichers
unterproportional mit dem Volumen ansteigt.
Aufbau
Von herkömmlichen Trinkwasserspeichern unterscheiden sich Solarspeicher vor allem durch:
• verstärkte Dämmung; üblich sind 10 cm und mehr (bis zu ca. 50 cm), teilweise aus Materialien wie PU- oder
PP-Schaum mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit (λ < 0,04 W/mK), zum Teil zweischichtig, gegenüber oft nur
5 cm Mineralwolle bei herkömmlichen Warmwasserspeichern in Zentralheizungsanlagen.
• eine hohe und schlanke Bauform des Wasserbehälters, die die Entwicklung unterschiedlicher
Temperaturschichten erlaubt (oben heißes Wasser, unten kühles Wasser)
• einen tief angebrachten, großflächigen Wärmeübertrager für die Übertragung der Wärme aus dem Solarkreis.
Thermische Solaranlage
Langzeitspeicher
→ Hauptartikel: Wärmespeicher
Für eine längerfristige Speicherung in einem Saisonwärmespeicher, etwa vom Sommer in den Winter, wird neben
Wasser auch Kies eingesetzt. Die Wärme wird dabei mittels Luft ein- und ausgebracht. Wasser und Feststoffe sind
für eine solche längerfristige Speicherung jedoch nur geeignet, wenn große Volumina bzw. Massen zur Verfügung
stehen (ca. 20 Tonnen).
Eine Alternative sind Latentwärmespeicher, diese nutzen die Phasenumwandlung fest/flüssig, z. B. von Paraffinen,
zur Wärmespeicherung und benötigen ein wesentlich geringeres Volumen für die gleiche Wärmemenge. Bei ihnen
sind meist eine Vielzahl von mit Paraffin gefüllten Behältern in einem Wassertank eingelegt.
Thermochemische Wärmespeicher nutzen den Wärmeumsatz umkehrbarer chemischer Reaktionen: Durch
Wärmezufuhr wechselt das verwendete Wärmeträgermedium seine chemische Zusammensetzung; bei der von außen
angestoßenen Rückumwandlung wird der größte Teil der zugeführten Wärme wieder freigesetzt. Thermochemische
Wärmespeicher ermöglichen im Unterschied zu Puffer- und Latentwärmespeichern die nahezu verlustfreie
Speicherung größerer Wärmemengen über längere Zeiträume. Daher eignen sie sich z. B. als Saisonspeicher für
solarthermische Anwendungen in Regionen mit hohen jahreszeitlichen Temperaturunterschieden.
Bivalente Speicher
Häufig sind Solarspeicher bivalent ausgelegt, das heißt, sie besitzen zusätzlich zum Wärmeübertrager des
Solarkreises eine Einrichtung zum Nachheizen mittels einer anderen Energiequelle, z. B. einen zweiten
Wärmeübertrager im oberen Speicherbereich zum Anschluss an einen konventionellen (Heizöl bzw. Erdgas),
Wärmepumpe oder Biomasse-Heizkessel (Pellet oder Scheitholz). Dieses Nachheizen wird immer dann notwendig,
wenn die Sonne nicht genügend Energie liefert, um den Warmwasserbedarf zu decken (zum Beispiel nach mehreren
kalten Tagen mit dichter Wolkendecke). Alternativ kann dazu auch ein elektrischer Heizstab verwendet werden; die
Wassererwärmung mit Strom ist aber energetisch sehr ineffizient und wenig umweltfreundlich.
Kombispeicher
Neben reinen Trinkwasserspeichern gibt es auch so genannte Kombispeicher oder Tank-im-Tank-Systeme, die
gleichzeitig der Heizungsunterstützung dienen. Diese Behälter werden vom Wasser aus der Zentralheizungsanlage
durchflossen, das im unteren Bereich solar aufgewärmt, im oberen Bereich bei Bedarf aus dem Heizkessel
nachgeheizt wird. Im Inneren dieses Heizwasser-Speichers befindet sich ein zweiter, deutlich kleinerer Behälter oder
ein dickes gewendeltes Rohr, durch den oder das das Trinkwasser fließt und – ähnlich einem Durchlauferhitzer
– dabei vom Heizwasser erwärmt wird. Solche Speicher weisen ein wesentlich höheres Gesamtvolumen auf als reine
Trinkwasserspeicher (mindestens doppeltes Volumen); der vorgehaltene Anteil an erwärmtem Trinkwasser ist aber
wesentlich geringer (etwa 80 bis 200 Liter). Solche Anlagen eignen sich daher auch für öffentliche Gebäude oder
Pensionen, die einen hohen Warmwasserbedarf haben, aber nicht auf Warmwassertanks mit mehr als 400 Liter
zurückgreifen wollen, die besondere Schutzmaßnahmen gegen Legionellen erfordern.
Solarpufferspeicher
Solarpufferspeicher beinhalten Heizungswasser – kein Trinkwasser. Ein Solarpufferspeicher verfügt i.d.R. über
einen Wärmeübertrager im unteren Bereich des Speichers. Die Solaranlage erwärmt das Heizungswasser. Erzielt die
Solaranlage nicht ausreichend hohe Pufferspeicher-Temperaturen, kann eine sonstige konventionelle Wärmequelle
(z. B. Holzkessel, Elektroeinschraubheizstab, Öl- oder Gasheizung) das Pufferwasser ohne die notwendige
Verwendung eines Wärmetauschers direkt nachheizen. Trinkwasser kann mit Hilfe einer Frischwasserstation erzeugt
werden. Die Frischwasserstation verwendet dazu die Wärme aus dem Pufferspeicher. Die Frischwasserstation
erwärmt und regelt die gewünschte Temperatur für das gezapfte Warmwasser. Dazu dient ein entsprechend dem
Warmwasserbedarf dimensionierter Plattenwärmetauscher in Verbindung mit einer Steuerungseinheit für die
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Thermische Solaranlage
Durchflussregelung. Ein Legionellenbefall des Trinkwassers wird bei der Trinkwassererwärmung durch
Pufferspeicher in Verbindung mit einer Frischwasserstation praktisch ausgeschlossen.
Solarflüssigkeit
Die Wärmeträgerflüssigkeit transportiert – bei flüssigkeitsgefüllten
Anlagen – die Wärme vom Erzeuger zum Verbraucher bzw. Speicher.
Allgemein gilt, dass unter Grenzbedingungen in Hitzeperioden es zum
Abdampfen der Solarflüssigkeit kommen kann was wiederum zur
Stagnation des Kollektors führt.
Propylenglykol-Wasser-Lösung
Zumeist ist die Solarflüssigkeit eine Wasser-Propylenglycol-Lösung,
die einen niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser hat, damit wird die
Anlage vor Frostschäden geschützt. Der Siedepunkt der
Solarflüssigkeit ist wesentlich höher als von reinem Wasser. Besonders
in Drucksystemen treten dadurch unter Grenzbedingungen in
Hitzeperioden bzw. bei ungenügender Wärmeabnahme hohe
Temperaturen (bis über 200 Grad Celsius) und Drücke im
Solarkreislauf auf. Leitungsystem und Dichtungen müssen dafür
Solarflüssigkeit
ausgelegt sein. Geht bei zu hohen Temperaturen die Solarflüssigkeit
trotzdem in die Dampfphase über, führt dies zum Anlagenstillstand
und die Stagnationstemperatur wird erreicht; der Druck wird dann zunächst vom Membranausdehnungsgefäß
(MAG) abgefangen und bei Überschreitung einer Grenze (meist 6 bar) wird Solarflüssigkeit über das
Sicherheitsventil in einen Auffangbehälter abgelassen. Der Zustand und der Wechsel der Solarflüssigkeit wird bei
der Wartung geprüft, da die Lösung durch häufige Aggregatwechsel altert. Die heute verwendeten Mischungen sind
ungiftig und chemisch relativ stabil.
Je höher die Glykolkonzentration ist, desto tiefere Temperaturen kann der Solarkreislauf ohne Schaden überstehen.
Eine Konzentration von über 50 % sollte jedoch vermieden werden, da sich die spezifische Wärmekapazität des
Gemisches vermindert. Auch wird die Pumpe nicht mehr zuverlässig gekühlt. Die Viskosität des Gemisches und
damit die erforderliche Pumpenarbeit und Stromaufnahme erhöhen sich. Insgesamt sinkt damit der Wirkungsgrad
der Anlage. Im Extremfall kann es zu Startschwierigkeiten der Pumpe kommen. Sollte die Anlage sehr tiefen
Temperaturen ausgesetzt sein, so bildet sich bei ausreichendem Glykolanteil ein Wassereisgemisch, das die
Leitungen aber nicht zerstört. Heatpipes werden von der Solarflüssigkeit nicht geschützt. Die Frostfestigkeit von
Heatpipes ist je nach Hersteller ungefähr bei −30 °C.
Reinwasser
Es gibt Systeme, die direkt mit Wasser (genauer Reinwasser) als Solarflüssigkeit arbeiten. Der Reinheitsgrad muss
nicht besonders hoch sein. Normales Trinkwasser oder gefiltertes Regenwasser reicht aus. Bei direktduchflossenen
Röhrenkollektoren mit geschlossenen Solarkreisläufen bei denen eine Restmenge von Licht auf das Wasser trifft
werden manchmal chemische Zusätze verwendet die eine Algenbildungen im Wassers hemmen. Bei
Reinwassersystemen muss nicht zwingend ein Wärmetauscher zwischen Solarkreislauf und Speicher vorhanden sein.
Dies erleichtert auch die Einbindung einer Solaranlage in bestehende Heizungssysteme. Im Winter ist
sicherzustellen, dass die Kollektoren nicht einfrieren. Dazu wird die Außentemperatur überwacht und bei Bedarf
wärmeres Wasser durch den Kollektor geleitet. Der hierzu erforderliche Energiebedarf (Pumpe, Warmwasser) kann
aufgerechnet werden mit verschiedenen Einsparungen wie z. B. dem besseren Wirkungsgrad durch den Verzicht auf
einen Frostschutzzusatz. Die höhere Wärmekapazität und die geringere Viskosität von reinem Wasser hat daher
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Thermische Solaranlage
weniger Pumpenarbeit zur Folge. Ähnlich arbeiten auch „Drain-back-Systeme“, bei denen der Solarkreislauf
automatisch nur dann mit Wasser gefüllt wird, wenn die Kollektoren ausreichend warm sind und der Speicher
aufnahmefähig ist. Sobald die automatische Regelung die Pumpe abstellt, läuft das Wasser in ein integriertes
Auffanggefäß. Unter Grenzbedingungen, in Hitzeperioden, treten im Solarkreislauf geringere Temperaturen auf, da
Reinwasser einen niedrigern Siedepunkt hat, als einen Propylenglykol-Wasser-Lösung. Besonders in
Drucklossystemen ist es damit auch möglich Leitungen, Pumpen und andere Komponenten aus Polypropylen zu
verwenden.
Rohrleitungen, Armaturen und Antrieb
Im Umfeld von Einfamilienhäusern werden im Allgemeinen Kupferrohre der Nennweiten DN 15 bis DN 25 oder
Edelstahlwellrohre verwendet, auch können geeignete Verbundrohre zum Einsatz kommen, die sowohl
temperaturbeständig als auch chemisch beständig sind. Zink im Rohrsystem darf an keiner Stelle verwendet werden,
wenn ein Glykolgemisch verwendet wird. Alle Leitungen werden – obwohl nicht erwähnt – meist nach der
Energieeinsparverordnung nur mit einer nahezu 100-%-Wärmedämmung versehen, welche in der Lage ist, dauerhaft
Temperaturen von mindestens 110 °C zu widerstehen. Im Außenbereich kommen blechummantelte
Mineralwollschalen sowie geschäumtes EPDM in Frage, mögliche Schäden durch UV-Strahlungseinwirkung,
Witterungseinflüsse sowie Vogelfraß zu mindern. Im Innenbereich lassen sich Dämmstoffe aus der Heizungstechnik
nicht verwenden, da die sehr heißen Kollektor-/Solarflüssigkeitstemperaturen diese zerstören würden. Es werden
auch spezielle Isolierungen auf Aerogel-Basis (Spaceloft) angeboten, dabei entsprechen 10 mm Isolierung einer
EPDM-Isolierung mit 40 mm.
Volumeter zum Einstellen der Flüssigkeitsmenge, Temperaturmessgerät und Manometer sowie eine Befüll- und
Entleerungsvorrichtung komplettieren die Solaranlage.
Ein Schmutzfänger ist nicht vorgeschrieben; ist einer vorhanden, sollte der Siebeinsatz wegen der möglichen
Ausbildung eines unnötigen Strömungswiderstands nur kurzzeitig bei laufender Anlage – über einen schaltbaren
Bypass – zum Einsatz kommen.
Als Umwälzpumpen werden meist Heizungspumpen verwendet, die zum Schutz vor den hohen Temperaturen in den
kalten Rücklauf gesetzt werden. Da der Volumenstrom des Solarkreises viel kleiner als der eines Heizungskreises ist,
sind die Heizungspumpen für kleine Solaranlagen oft überdimensioniert. Solarpumpen sind oft elektronisch über die
Solarsteuerung geregelt, außerdem für kleine Volumenströme ausgelegt und deshalb stromsparend. Dafür einsetzbar
sind fast alle kleinen Heizungspumpen, die keine eigene Elektronik besitzen, aber auch spezielle Pumpen mit
Elektronik, die mit einer zusätzlichen Regelspannung, aus der Solarelektronik, eine PWM-Regelung erlauben. Damit
defekte Pumpen ohne Entleeren des Solarkreislaufs ausgewechselt werden können, sollten diese zwischen zwei
Absperrschiebern montiert werden. Ein Rückflussverhinderer im Rücklauf verhindert die mögliche
Schwerkraftzirkulation, einer im Vorlauf vermeidet Rückströmung und damit Auskühlung des Speichers.
Um Wärmeverluste in den Anschlussrohren durch rohrinterne Zirkulation zu verringern, sollten die Rohre in Form
einer Thermosiphon-Konvektionsbremse angeordnet sein – sofern die Speicheranschlüsse nicht schon in dieser Form
konstruiert sind. Für Drainbacksysteme gelten etwas andere Richtlinien.
Druckanlagen
Zu den Sicherheitseinrichtungen gehören bei Druckanlagen Membranausdehnungsgefäß (MAG) und
Sicherheitsventil. Die Größe des MAGs ergibt sich aus dem Ausdehnungswasservolumen zuzüglich dem kompletten
Flüssigkeitsdampf des Kreislaufes. Die Ableitung des SVs soll sicherstellen, dass heißes Spritzwasser keine Gefahr
darstellt. Ein blockierbarer Entlüfter mit Sammelstrecke am höchsten Anlagenpunkt sorgt dafür, dass angesammelte
Luft entlüftet werden kann. Damit wird gewährleistet, dass die Wärme kontinuierlich von Nur-Flüssigkeit
aufgenommen und transportiert werden kann und der Kreislauf nicht unterbrochen ist.
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Thermische Solaranlage
Drucklosanlagen
Drucklosanlagen besitzen ein offenes Ausgleichsgefäß ohne Membrane an höchster Stelle des Leitungssystems. Es
gibt kein Überdruckventil und auch keine zusätzlichen Entlüfter. Verdampft Wasser muss dies nachgefüllt werden,
was üblicherweise automatisch erfolgt. Obwohl der Sauerstoffeintrag über das offene drucklose System gering ist
sollten alle Teile im Solarkreislauf möglichst aus nicht rostenden Materialien bestehen.
Solarregler, Solarstation
Ein Solarregler besteht aus verschiedenen Regel- und Steuerkreisen.
Er verarbeitet eingestellte Temperaturwerte, Temperaturmesswerte
sowie gemessene Temperaturdifferenzen. In Abhängigkeit von den
eingestellten und den gemessenen Werten werden Pumpen und/oder
Ventile geschaltet. Die Temperaturen werden in einfachen Anlagen mit
zwei Fühlern (meist Platinfühler vom Typ „PT 1000“ = elektrischer
Widerstand 1000 Ohm bei 0 Grad Celsius) am Kollektor (Vorlauf) und
im Speicher erfasst; liegt die Kollektortemperatur etwa 3–5 Kelvin
über der Speichertemperatur, schaltet die Pumpe ein, bei
Unterschreitung eines Grenzwertes schaltet sie aus. Bei einer
Temperaturerfassung im Rücklauf aus dem Wärmespeicher kann
zusätzlich zur Überwachung die gewonnene Wärmeenergie erfasst
werden. Ein weiterer Fühler ist vereinzelt zur Festlegung der
Solarstation mit Pumpe, Sicherheitsgruppe,
Regler, Thermometern und Luftabscheider
Speicher-Maximaltemperatur erforderlich. Komplexere Steuerungen
können auch mehrere Kollektorfelder mit unterschiedlicher
Ausrichtung/Einstrahlung und/oder mehrere Speicher verwalten. Auch ein Betriebsstundenzähler zu
Wirtschaftlichkeitsberechnungen ist meist integriert. Manche Regler generieren aus den Messwerten Tendenz- und
Plausibilitätswerte.
Für Ein- und Zweifamilienhäuser wird die Minimalausstattung in einer kompakten Einheit angeboten, die je nach
Fabrikat Solarregler, Kompaktstation oder Solarstation heißt. Sie ist etwas größer als ein Schuhkarton und von einer
Wärmedämmung umgeben, in der sich die vier Anschlüsse (Vor- und Rücklauf zum Kollektor bzw. Speicher), meist
zwei Thermometer, die Pumpe, ein Manometer, das Sicherheitsventil mit Abblaseleitung, der Anschluss für das
Membranausdehnungsgefäß und der Regler mit seiner Stromversorgung befinden. Diese Kompakteinheiten, meist
noch mit integriertem Luftabscheider, sind platzsparend und einfach zu installieren.
Inbetriebnahme und Wartung
Nach Fertigstellen der Anlage erfolgt die Inbetriebnahme, wozu sie einer Dichtheitsprobe und einem Spülvorgang
unterzogen werden muss. Bei Drucksystemen erfolgt eine Druckprobe mit dem 1,5-fachen des maximalen
Betriebsdruckes, welcher sich aus der statischen Anlagenhöhe mit 0,1 bar je Meter und 0,5 bar als Abstand zum
Ansprechdruck des Sicherheitsventils ergibt. Das Spülen der Anlage entfernt Schmutzreste und gewährleistet einen
störungsfreien Durchfluss. Da mit Wasser gespült wird, soll dies in der sicher frostfreien Zeit geschehen. Jenach
Anlagenkonzeption könnte Restwasser nicht einfrieren. Die Füllung der Kollektoranlage geschieht – je nach
Absorberhersteller und Anlagentype – mit vorgefertigten Mischungen oder Reinwasser dem Algenschutz beigefüft
werden kann. Mischungen und Zusätze oder behandeltes Wasser können über einen Füllschlauch und einer
Füllpumpe in die Anlage gepumpt werden. Danach ist der Betriebsdruck am MAG aufzubringen und der
Anlagendurchfluss einzustellen. Vollständiges Entweichen der Luft ist wichtig, damit der Kreislauf aufrechterhalten
wird und Betriebsgeräusche vermieden werden. Der in der Luft enthaltene Sauerstoff bewirkt eine raschere
Oxidation des Frostschutzmittels. Ein längeres Leerlaufen der Pumpe sollte vermieden werden und könnte eventuell
die Pumpe beschädigen. Die Wartung des Drucks ist jährlich durchzuführen und der Anlagendruck ist wieder
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Thermische Solaranlage
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herzustellen. Die Kontrolle der Solarflüssigkeitskonzentration ist zweijährig auszuführen. Die Messung erfolgt mit
Spindelaräometer und einer pH-Wert-Messung, die über 7 liegen muss (leicht basisch). Ist das Gemisch saurer, muss
evtl. die gesamte Solarflüssigkeit ausgetauscht werden. Die Verschmutzung der Kollektorenabdeckung spielt meist
keine wesentliche Rolle und führt maximal zu einer Leistungseinbuße von 2 bis 10 %. Eine spezielle Reinigung der
Kollektoren ist nicht erforderlich.
Bautypen und Anlagentechnologie
Die Bautypen von Solaranlagen lassen sich nach verschiedenen
Kriterien unterscheiden.
Im Bereich der Haustechnik lassen sich nach dem Einsatzzweck
• Anlagen zur Trinkwassererwärmung und
• Anlagen zur Unterstützung der Raumheizung
unterscheiden (siehe dazu auch unten).
Nach dem verwendeten Kollektortyp unterscheidet man
• Anlagen mit luftgefüllten Kollektoren
• Anlagen mit Vakuumröhrenkollektoren
Ebenso ist eine Unterscheidung nach der Speichertechnik möglich; hier
gibt es eine Vielzahl unterschiedlichster Entwicklungen. Diese
konzentrieren
sich
meist
auf
die
Optimierung
der
Temperaturschichtung im Speicher bzw. auf die Umsetzung von
Entnahmestrategien, die eine Störung der Schichtung vermeiden. Ziel
ist dabei eine gleich bleibend hohe Temperatur im oberen
Speicherbereich, wo die Wärme entnommen wird, und eine im
Vergleich zur Kollektortemperatur niedrige Temperatur im unteren
Speicherbereich, wo die Wärme aus den Kollektoren zugeführt wird,
so dass ein stetiger Betrieb der Anlage ermöglicht wird.
Dachmontage zweier Vakuumröhrenkollektoren
auf einem Einfamilienhaus in Süddeutschland
Ein Vakuumröhrenkollektor
Nach der Anlagentechnologie als solcher lassen sich unterscheiden
• Schwerkraftanlagen (Thermosiphonanlagen)
• High-Flow-Systeme
• Low-Flow-Systeme
Schwerkraftanlagen arbeiten ganz ohne Pumpstation. Ihr Kreislauf
wird allein durch die Erwärmung in den Kollektoren angetrieben: Das
im Kollektor erhitzte Wasser ist spezifisch leichter, steigt auf und
sammelt sich im typischerweise oberhalb des Kollektors angebrachten
Speicher. Beim Abkühlen sinkt es im Speicher nach unten und fließt
durch das Rücklaufrohr wieder dem Kollektor zu.
Die Unterscheidung zwischen „High Flow“ und „Low Flow“ bezieht
sich auf die Durchlaufmenge im Verhältnis zur Kollektorfläche je
Zeiteinheit. High Flow bedeutet, dass etwa 30 bis 50 Liter pro Stunde
und Quadratmeter Kollektorfläche umgesetzt werden, bei Low Flow
sind es 10 bis 20. Low Flow kann damit sowohl einen sehr langsamen
Umlauf im Solarkreis als auch den schnellen Durchlauf bei einem
insgesamt sehr geringen Volumen im Solarkreis bezeichnen.
Flachkollektoranlage zur Warmwasserbereitung
und Heizungsunterstützung
Thermische Solaranlage
Die meisten heute eingesetzten kleineren Anlagen sind
High-Flow-Systeme,
die
mit
normalen
Heizungspumpen
(Umwälzpumpen) betrieben werden können. Sie sind in der Lage, hohe
Wärmemengen auf niedrigem bis mittlerem Temperaturniveau aus dem
Kollektor abzuführen.
Der technologische Vorteil von Low-Flow-Systemen beruht darauf,
dass in ihnen höhere Temperaturdifferenzen zwischen Kollektor und
Speicher entstehen und auch im Betrieb bestehen bleiben. Dadurch
einfache Kleinstanlagen auf einem Hochhaus
sinkt der Kollektorwirkungsgrad etwas, gleichzeitig können sie aber
bei
geringerer
Sonneneinstrahlung
Wärme
auf
höherem
Temperaturniveau produzieren und, da bei mittlerer Einstrahlung nicht mehr nachgeheizt werden muss, im
Jahresmittel etwas höhere Deckungsgrade erreichen. Gegenüber High-Flow-Systemen gleicher Fläche können eine
preisgünstigere Verrohrung, kleinere Wärmeübertrager und schwächere Pumpen verwendet werden. Wegen dieser
Vorteile werden Großanlagen üblicherweise im Low Flow betrieben. Systeme mit sehr engen Rohrquerschnitten
können nur als Low-Flow-Anlagen betrieben werden, da der Strömungswiderstand sonst zu sehr zunimmt. Innerhalb
des Absorbers sind enge Rohrquerschnitte erwünscht, damit der Kollektor selber eine geringe Wärmekapazität hat
und sich schnell aufheizt.
Matched-Flow-Systeme, in denen die Pumpenleistung in einem weiten Bereich geregelt wird, sind derzeit die
Ausnahme. Sie müssen technisch wie eine High-Flow-Anlage teuer ausgerüstet werden, so dass ihr Vorteil
gegenüber dieser nur gering ist.
Außerhalb Mitteleuropa sind Thermosiphonanlagen häufig in Verwendung und das vorrangig in wärmeren
Regionen. Thermosiphonanlagen mit Röhrenkollektoren können jedoch bis −30 °C ohne Frostschutz betrieben
werden und liefern auch bei sehr tiefen Temperaturverhältnissen bei diffuser und indirekter Sonnenbestahlung oft
noch warmes Wasser. Ein Frostschutz ist in erster Line für das Leitungssystem vorzusehen. Thermosiphonanlagen
haben häufig einen offenen Kreislauf: die Kollektoren werden bei den einfachsten Systemen direkt vom Trinkwasser
durchflossen, das dann als Warmwasser aus dem Speicher abgezapft wird. Die etwas komplexere Variante
verwendet einem Drucklosspeicher mit integriertem Glattrohrwärmetauscher, der dem normalen Leitungsdruck
standhält.
Eine Ausnahme bilden Drain-Back-Systeme, die eine vollständige Entleerung der Kollektoren bei extremen
Temperaturen bzw. Anlagen-Stillstand vorsehen. Diese können mit reinem Wasser betrieben werden. Auch sie
werden aber meist als geschlossene Kreisläufe betrieben, die die Wärme über Wärmeübertrager an das Brauchwasser
abgeben
Typische Anlagengrößen
Die meisten heute im Einsatz befindlichen Anlagen sind Anlagen zur Erwärmung des Trinkwassers im 1-Familienoder 2-Familien-Haus. Ziel bei der Konzeption der Solaranlage ist es, im Sommer eine Volldeckung zu erreichen, so
dass die normale Heizungsanlage komplett abgeschaltet bleiben kann. Aufgrund der starken jahreszeitlichen
Unterschiede müsste aber eine Anlage, die auch im Winter über 90 % des Bedarfs decken kann, so groß ausgelegt
werden, dass im Sommer gewaltige Wärme-Überschüsse entstünden, die nicht genutzt werden könnten. Da sich die
Anlage abschaltet, sobald im Solarspeicher eine voreingestellte Zieltemperatur erreicht ist, würden solche Anlagen
im Sommer häufig stillstehen. Wenn aber keine Wärme mehr abgeführt wird, erhitzen sich die Kollektoren so, dass
die enthaltene Solarflüssigkeit in Dampf übergeht. Kommt es in dieser Situation nun zu einer Abkühlung des
Speichers durch hohen Verbrauch, kann dies zur paradoxen Situation führen, dass im Sommer konventionell
nachgeheizt werden muss, weil die Anlage erst nach nächtlicher Abkühlung der Kollektoren wieder in Betrieb
genommen werden kann.
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Thermische Solaranlage
Eine typische Anlagengröße in Deutschland und Österreich ist auf einen Vier-Personen-Haushalt konzipiert, hat
einen 300-Liter-Solartank und eine Kollektorfläche zwischen 4 und 5 m². Die nächstgrößere Anlagengröße mit
einem 400-Liter-Solartank und einer Kollektorfläche zwischen 6 und 8 m² kann bis zu sechs Personen mit normalem
Wasserverbrauch mit einem jährlichen Deckungsgrad von etwa 70 % versorgen.
In den Niederlanden werden die meisten Anlagen um etwa ein Drittel kleiner konzipiert; dort sind auch Anlagen mit
150- oder 200-Liter-Solartank zu finden, die dann aber meist nur einen Deckungsgrad von weniger als 60 % im
Jahresmittel erreichen.
In Österreich finden sich auch Anlagen mit größeren Trinkwasserspeichern. In Deutschland ist dies eher unüblich.
Letzteres hängt auch damit zusammen, dass ab einer Speichergröße von mehr als 400 Liter die so genannte
„Legionellen-Verordnung“ des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfachs besondere Maßnahmen zur
regelmäßigen Sterilisierung der Trinkwasseranlage vorschreibt. Diese Richtlinie gilt zwar nicht für
Einfamilienhäuser, dennoch nimmt man infolge gesundheitlicher Bedenken oft vom Einbau größerer Speicher
Abstand.
Anlagen, die neben der Trinkwassererwärmung (Dusch- und Badewasser) auch Raumheizungsunterstützung leisten
sollen, benötigen Pufferspeicher mit wenigstens 700 Liter Inhalt; dabei handelt es sich jedoch nicht um Trinkwasser,
sondern um Heizungswasser, das nur im geschlossenen Kreislauf der Heizungsanlage zirkuliert. Die entsprechende
Kollektorfläche kann zwischen 9 und 12 m² angesetzt werden. Gute Leistungswerte erreichen Kombitank-Systeme
mit ca. 1000 Liter Gesamtpufferkapazität (davon bis zu etwa 200 Liter Trinkwasser in einem Innentank) und einer
Kollektorfläche von 12 bis 15 m². Neben einer solaren Deckung des jährlichen Trinkwasserwärmebedarfs von ca.
60–70 % können solche Anlagen im Niedrigenergiehaus bis zu einem Viertel des jährlichen Heizenergiebedarfs
erbringen.
Die Unterschiede zwischen den Standorten (Jahres-Strahlung), Ausrichtung / Neigung der Kollektorfläche (reduziert
oder steigert die Erträge), Warmwasserbedarf des Haushaltes und Wärmebedarf des Gebäudes und letztlich die
Qualität der Solaranlagen (Wirkungsgrad der Kollektoren, Dämmqualität des Solarspeichers, Intelligenz des
Solarreglers) beeinflussen allerdings die nötige Größe deutlich. Eine Überdimensionierung bringt kaum
Jahresmehrerträge. Ausnahmen sind steil und verschattungsfrei genau nach Süd ausgerichtete Kollektoren. Hiermit
kann dann ein Mehr an Wintersonne eingefangen werden und eine sommerliche Überhitzung vermieden werden.
Sommerliche Überhitzung und die Gefahr von Anlagenstillständen können aber auch reduziert werden, indem
überschüssige Wärme mittels HKP anderweitig verbraucht wird. Dazu bedarf es einer speziellen Regelung, die auf
hohe Rücklauftemperaturen im Solarkreislauf reagiert.
Kapazitäten weltweit und in Europa
Die thermische Solarenergie wird am stärksten in China und Europa genutzt. Im Jahr 2007 lag der weltweite
Kapazitätszuwachs bei 126 GW, davon 67 % in China und 12 % in Europa. In China nutzt man die Energie meistens
zur Warmwassererzeugung, in Europa oft auch für die teilsolare Raumheizung. Die weltweite installierte Kapazität
nahm zwischen Jahren 2007–2008 um 15 % (19 GW, von 126 GW) auf 145 GW zu.[5] Die europäische Kapazität
nahm zwischen Jahren 2007–2008 um 21 % (3,3 GW, von 15,7 GW) auf 19 GW zu[6]. Die europäische
Gesamtkapazität stieg auch in den bewegten Jahren 2008–2011 mit teilweise starken Zuwachseinbrüchen auf 26,3
GW [7][8]
11
Thermische Solaranlage
12
Zuwachs an thermischer Solarenergie 2005–2008 (in GW)[9]
#
Land/Region 2005 2006 2007
2008 2009
1
China
55,5
67,9
84,0 105,0
2
Europäische Union
11,2
13,5
15,5
18,3
3
Türkei
5,7
6,6
7,1
7,5
4
Japan
5,0
4,7
4,9
4,1
5
Israel
3,3
3,8
3,5
2,6
6
Brasilien
1,6
2,2
2,5
2,4
7
Vereinigte Staaten
1,6
1,8
1,7
2,0
8
Australien
1,2
1,3
1,2
1,4
9
Indien
1,1
1,2
1,5
1,8
88
105
126
149
Welt
Zuwachs an thermischer Solarenergie EU27 + Schweiz (in MW)*[10]
#
Staaten
2006
2007
2008 Insgesamt 2008
1.050
665
1.470
7.766
1
Deutschland
2
Griechenland
168
198
209
2.708
3
Österreich
205
197
243
2.268
4
Frankreich
154
179
272
1.137
5
Italien
130
172
295
1.124
6
Spanien
123
183
304
988
7
Zypern
42
46
48
485
8
Schweiz
36
46
60
416
9
Dänemark
18
16
23
293
10
Vereinigtes Königreich
38
38
57
270
11
Niederlande
10
14
18
254
12
Polen
29
47
91
254
13
Portugal
14
18
60
223
14
Schweden
20
18
19
202
15
Belgien
25
30
64
188
16
Tschechien
15
18
25
116
17
Slowenien
5
8
11
96
18
Slowakei
6
6
9
67
19
Rumänien
0
0
6
66
20
Irland
4
11
31
52
21
Malta
3
4
4
25
22
Bulgarien
2
2
3
22
23
Finnland
2
3
3
18
24
Ungarn
1
6
8
18
Thermische Solaranlage
13
25
Luxemburg
2
2
3
16
26
Lettland
1
1
1
5
27
Litauen
0
0
1
3
28
Estland
0
0
0
1
2.100
1.920
3.330
19.083
EU27 + Schweiz
* 1000 m² = 0,7 MW, luftgefüllten Kollektoren und Vakuumröhrenkollektoren (Glazed Collectors),
[11]
2004–2008 (kW)
Seit Ende 2011 steht die weltweit größte Solaranlage mit 36.000 Quadratmeter Sonnenkollektoren in Riad. Sie soll
den für 26.000 Studentinnen plus Lehrkörper gedachten Campus der in Bau befindlichen Princess Nora Bint
Abdulrahman University mit Warmwasser versorgen.[12]
Wirtschaftlichkeit
Vom Energieverbrauch eines Privathaushaltes entfallen ca. 61 % auf den Gesamtheizenergiebedarf (8 %
Trinkwassererwärmung, 53 % Heizenergiebedarf), ca. 31 % für Kraftfahrzeuge und 8 % für Strom.
Anlagen zur Trinkwassererwärmung
Heutige solarthermische Anlagen werden in erster Linie zur Trinkwassererwärmung genutzt, hierbei können sie im
Jahresmittel 55 % bis 60 % der Heizenergie für die Trinkwassererwärmung decken, was ca. 8 % dieses gesamten
Heizenergiebedarfes oder etwa 5 % des Gesamtenergiebedarfes entspricht. Die Nutzungsdauer einer solchen Anlage
wird mit 20 bis 25 Jahren angegeben.
Der Energieverbrauch einer Musterfamilie für die Trinkwassererwärmung (Dusch- und Badewasser) liegt jährlich
bei ca. 420 Liter Heizöl (bzw. 420 Kubikmeter Erdgas). Davon kann eine solarthermische Anlage etwa 55 % bis 60
% einsparen, was einer jährlichen Einsparung von ca. 250 Liter Heizöl entspricht und bei einem Heizölpreis von
0,9 €/l (Stand: Aug 2011) zu einer Einsparung von jährlich ca. 225 € führt.
Weiterhin kann eine Solaranlage Strom sparen, wenn das Warmwasser auch für Wasch- und Spülmaschine
verwendet wird.
Die Anschaffungskosten einer solarthermischen Warmwasser-Anlage für einen Vier-Personen-Haushalt liegen,
abhängig von Technik und erforderlichem Aufwand, zwischen 4800 € (Flachkollektor) und 8800 €
(Vakuumkollektor) inklusive Transport und Montage. Sofern die Montage nicht durch Fachkräfte, sondern durch den
Käufer vorgenommen wird, liegen die Anschaffungskosten der Anlage selbst zwischen 2880 € und 6850 €.[]
Als Betriebskosten ergeben sich im Wesentlichen die Stromkosten für die Solarpumpe und die je nach
Anlagenerrichter stark variierenden Wartungskosten. Abbau- und eventuelle Entsorgungskosten infolge einer
Modernisierung der Anlage kommen möglicherweise noch hinzu. Je nach Objekt können der Solaranlage oft
Einsparungen durch Entfall von Kehrungen durch den Schornsteinfeger im Sommer, Verlängerung von
Serviceintervallen am Heizkessel aufgrund der entfallenden Kurzzeitbelastungen im Sommer sowie Verlängerung
der Kessel- und Schornsteinlebensdauer gutgeschrieben werden.
Anlagen zur Heizungsunterstützung (Solaranlagen mit Rücklaufanhebung)
Insbesondere im Frühjahr treten hohe Sonneneinstrahlung (Mitte April ist sie etwa so hoch wie Ende August) und
niedrige Außentemperaturen zusammen auf. Vermehrt werden daher solarthermische Anlagen eingesetzt, die zur
Trinkwassererwärmung zusätzlich auch die Raumheizungswassererwärmung in den Übergangszeiten (Frühjahr und
Herbst) wärmetechnisch unterstützen. Diese sog. "Kombianlagen" sind deutlich größer und daher auch teurer als
Anlagen nur für die Trinkwassererwärmung.
Thermische Solaranlage
Die Kosten und Erträge schwanken hier deutlich stärker als bei reinen Trinkwasseranlagen, da Temperaturniveaus
der Heizungssysteme (Vorlauftemperatur 35 °C für Fußbodenheizung, 75 °C für ältere Systeme), beheizte Fläche
und spezifischer Wärmebedarf von 0 bis 300 kWh/(a·m²) je nach Haus variieren können. Bei einem unsanierten
Altbau ist eine vorangehende Wärmedämmung, Herstellung der Winddichtheit sowie eventuell Erneuerung von
Fenstern und Türen anzuraten.
Derzeit sind in Europa Systeme üblich, die etwa 15 % bis 45 % der Jahresheizenergie eines Einfamilienhauses
einsparen. Typische dazupassende Speichergrößen liegen bei thermischen Heizwasserspeichern etwa bei 1000 l pro
100 m² beheizter Wohnnutzfläche.
Förderung
Deutschland
Da eine Wirtschaftlichkeit bei konstanten Erdöl- und Erdgaspreisen oftmals nicht erreicht werden kann, förderte in
Deutschland das BAFA grundsätzlich den Bau von Solaranlagen. Im Rahmen der Haushaltsverabschiedung wurde
die Förderung durch die CDU/CSU/FDP-Koalition zunächst eingestellt. Seit dem 12. Juli 2010 werden
Solarthermische Anlagen zur Heizungsunterstützung mit verringerten Fördersätzen bezuschusst. Solaranlagen für
Warmwasser werden nur noch in Verbindung mit einer kompletten Heizungssanierung gefördert. Die Förderung von
Anlagen im Neubau ist ganz gestrichen worden, da dies in Deutschland im Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz
geregelt wurde. Der aktuelle Förderrahmen einer Solarthermischen Anlage durch das BAFA wird auf der
Internetseite bafa.de veröffentlicht. Weitere Fördermöglichkeiten bieten die Bundesländer und teilweise auch die
Städte und Kommunen oder die örtlichen Energieversorger. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau fördert thermische
Solaranlagen mit einer Kollektorfläche größer 40 m² durch ein Darlehen mit einer Restschuldbefreiung von 30 %.
Nicht alle Formen der Förderung dürfen frei kombiniert werden.
Österreich
In Österreich liegt die Zuständigkeit der Förderung für die Errichtung von Solaranlagen für Einfamilienhäuser in der
Kompetenz der Bundesländer. Dadurch schwanken die nicht rückzahlbaren Förderhöhen für Solaranlagen für
Warmwassererzeugung von 0,– € (Niederösterreich) bis 1.700,– € (Oberösterreich, Burgenland), die Förderung für
heizungsunterstützende Anlagen von 0,– € (Niederösterreich) bis 3.325,– € (Vorarlberg). Ferner fördern auch
einige Gemeinden die Errichtung von Solaranlagen.
Historische Vorläufer
Die Idee, Sonnenstrahlen „einzufangen“, um ihre Wärme gezielt zu nutzen, ist alt. Jahrhundertelang beschäftigten
sich Erfinder mit dem Einfangen von Sonnenenergie und hierbei insbesondere mit der Verwendung vom
Brenngläsern.
Der Schweizer Naturforscher Horace Bénédict de Saussure baute im 18. Jhd. einen „einfachen Sonnenkollektor“, der
aus einem Holzkasten mit schwarzem Boden bestand und mit Glas abgedeckt war. Sein Sonnenkollektor absorbierte
die Sonnenwärme, und Saussure gab an, in seinem Kasten Temperaturen von annähernd 90 °C zu erreichen.
1936 berichtete die Zeitschrift Die Woche von einem in Kalifornien entwickelten Bratofen, der mit durch eine Linse
gebündelten Sonnenstrahlen arbeitete. Die Redaktion gab der Sonnenenergie keine großen Zukunftschancen, räumt
aber ein, dass unter optimaler Sonneneinstrahlung „eine Linsenstrahlungsfläche von einem Quadratmeter eine
Kraftleistung von 1 1/2 PS ergeben dürfte [und] Sonnenmaschinen rentabler als befeuerte Dampfmaschinen sind“[13].
14
Thermische Solaranlage
Literatur
• Norbert Schreier et al.: Solarwärme optimal nutzen. Wagner & Co Verlag, 1980–2005, ISBN 392312936X
• Bernd-Rainer Kasper, Bernhard Weyres-Borchert: Leitfaden Solarthermische Anlagen. Deutsche Gesellschaft für
Sonnenenergie e.V. [14], 2008, ISBN 978-3-00-025562-5
• Nikolaj V. Chartčenko: Thermische Solaranlagen. VWF, Berlin 2004, ISBN 3-89700-372-4.
• Bo Hanus: Thermische Solaranlagen - planen und installieren. Franzis, Poing 2009, ISBN 978-3-7723-4088-8.
• Thomas Delzer et al.: Sonnenwärme für den Hausgebrauch, Ein Ratgeber für Auswahl und Kauf der eigenen
Solaranlage, Solarpraxis Engineering Team, Hrsg. Solarpraxis AG, 2. Auflage 2009, ISBN 978-3-934595-90-3.
• Stiftung Warentest: Solarwärme - Heizen mit der Sonne. Ein Ratgeber zu den verschiedenen Systemen, zu
Wirtschaftlichkeit und Finanzierung, Hrsg. Stiftung Warentest, 2012, ISBN 978-3-86851-047-8.
Weblinks
•
•
•
•
www.dgs.de – Webseite der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie [15]
www.solarwaerme.at – Webseite des österreichischen Solarverbands [16]
www.eurosolar.org – Webseite von Eurosolar – Europäische Vereinigung für Erneuerbare Energien e.V. [17]
www.solarenergie.com – Solarenergie-Portal des Energiewende-Verlags [18]
• Marktanreizprogramm zur Förderung der Nutzung erneuerbarer Energien durch das BAFA [19]
• Thermische Solaranlagen [20] – Basisinfo von BINE Informationsdienst
Einzelnachweise
[1] http:/ / www. gerenda-solar. de/ content/ 24-04-2013-kollektor-simulation. html – Ertragsvergleich Röhren- vs. Flachkollektor bei
heizungsunterstützender thermischer Solaranlage
[2] http:/ / www. flachkollektor-solar. de/ 2010/ ertragsvergleich-flachkollektoren-roehrenkollektoren/ – Ertragsvergleich Röhren- vs.
Flachkollektor bei Trinkwasser Solaranlage
[3] http:/ / solarkey. dk/ solarkeymarkdata/ qCollectorCertificates/ ShowQCollectorCertificatesTable. aspx Zertifikate online
[4] http:/ / www. solarhotwater-systems. com/ evacuated-tube-versus-flat-plate-solar-hot-water-panels/ Einige Vergleiche mit Diagrammen englischer Text
[5] Renewables Global Status Report: Energy Transformation Continues Despite Economic Slowdown (http:/ / www. ren21. net/
globalstatusreport/ g2009. asp) REN 21 Pariisi 13. Mai 2009
[6] Solar thermal market grows strongly in Europe (http:/ / www. estif. org/ fileadmin/ estif/ content/ market_data/ downloads/ 2008
Solar_Thermal_Markets_in_Europe_2008. pdf) (PDF; 966 kB) Trends and Market Statistics 2008, ESTIF 5/2009
[7] http:/ / www. estif. org/ fileadmin/ estif/ content/ market_data/ downloads/
Solar%20Thermal%20Markets%20in%20Europe%20-%20Trends%20and%20Market%20Stat. pdf"Solar Thermal Markets in Europe - Trends
and Market Statistics 2011"(PDF; 9.8 MB)
[8] http:/ / www. estif. org/ statistics/ st_markets_in_europe_2011/ Soalr termal markets in europe - trends and market statistics 2011 englischsprachige Seite mit Tabellen und Charts
[9] (http:/ / www. ren21. net/ Portals/ 97/ documents/ GSR/ REN21_GSR_2010_full_revised Sept2010. pdf) REN 21 Pariisi September 2010
[10] Solar thermal market grows strongly in Europe (http:/ / www. estif. org/ fileadmin/ estif/ content/ market_data/ downloads/ 2008
Solar_Thermal_Markets_in_Europe_2008. pdf) (PDF; 966 kB) Trends and Market Statistics 2008, ESTIF 5/2009
[11] http:/ / de. wikipedia. org/ w/ index. php?title=Thermische_Solaranlage& oldid=63075795#Kapazit. C3. A4ten_Weltweit_und_in_Europa
[12] Weltgrößte Solaranlage kommt aus Kärnten (http:/ / kaernten. orf. at/ news/ stories/ 2528447/ ), kaernten.orf.at, 10. April 2012
[13] Die Woche, Heft 21 vom 20. Mai 1936, S. 23
[14] http:/ / www. dgs-berlin. de/ st-leitfaden. 0. html
[15] http:/ / www. dgs. de/
[16] http:/ / www. solarwaerme. at/
[17] http:/ / www. eurosolar. org/ new/ de/ start. html
[18] http:/ / www. solarenergie. com/
[19] http:/ / www. bafa. de/ bafa/ de/ energie/ erneuerbare_energien/ index. html
[20] http:/ / www. bine. info/ publikationen/ basisenergie/ publikation/ thermische-solaranlagen/
15
Quelle(n) und Bearbeiter des/der Artikel(s)
Quelle(n) und Bearbeiter des/der Artikel(s)
Thermische Solaranlage Quelle: http://de.wikipedia.org/w/index.php?oldid=122613040 Bearbeiter: 1-1111, 2A01:2A8:8300:6D01:517A:126E:8950:FBC6, Achates, Acky69, AiPagan, Aka,
Alnilam, Andreas aus Hamburg in Berlin, Androl, Bagu1, Baird's Tapir, Bdf, Benutzer20070331, Bernd Rieke, BigBang, Bitoglot, Bronco, Calmacroi, Cepheiden, Chris247, Cip, Claus Ableiter,
Complex, Con-struct, Cschirp, D, DF5GO, Dalvarez, Danield5732, DasBee, Dein Freund der Baum, Demigod1217, Der.Traeumer, Digitalisierung, Don Magnifico, Dontworry, Dr.sonne,
Duracell, EnergieLabor, Ephraim33, Erster klaus der, Fastracer4, Felix Stember, Fg68at, Fish-guts, FjLindsbe, Floklk, Fredo 93, FritzG, GNB, Gaga1995, Georg Slickers, Georg0431,
GiordanoBruno, Gravitophoton, Gugerell, Hadhuey, Halja, Hardenacke, Harf, Herbertweidner, Herrick, Hubertl, Hydro, IqRS, Isjc99, Iste Praetor, Izack, JWBE, Jelko Arnds, Jivee Blau,
JoanFine, JogyB, Jpascher, JuTa, Justincheng12345, JvE, K4ktus, KarstenRe, Kein Einstein, Kickof, Kino, Kirsch, Kontorist, Kristjan, Kuchlbacher, Lklundin, Logograph, Lómelinde, Mario
Sedlak, Martin Bahmann, Masturbius, MauriceKeppler, Maximilian Schönherr, Mecker, Meislhelmut, Michael-1987, Mik81, Modernus, Muck31, Nb, Nfl, NickF, Norbert Breuer, Onkel
Dittmeyer, Opa345, Ot, PeeCee, Pendulin, Perrak, Phst, Pittimann, Raboe001, Rainer Bielefeld, Richarddd, Riverwind, Robert M., RolandS, Rosa Lux, Saehrimnir, Schnuffi4449, Schusch,
Schwenn, Se4598, Sebastian.Dietrich, Septembermorgen, Simon-Martin, Sinn, Smial, SolarFuture, Solaranlagen Gerenda, Solarch, Solarteur, Spuk968, Stefan.K., Strehle, Suhadi Sadono,
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Warentest, Watti, Wfstb, Wilske, Wolfgang H., Wollschaf, Zahnstein, Zbisasimone, 163 anonyme Bearbeitungen
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Datei:Flag of France.svg Quelle: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Flag_of_France.svg Lizenz: Public Domain Bearbeiter: User:SKopp, User:SKopp, User:SKopp, User:SKopp,
User:SKopp, User:SKopp
Datei:Flag of Italy.svg Quelle: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Flag_of_Italy.svg Lizenz: Public Domain Bearbeiter: see below
Datei:Flag of Spain.svg Quelle: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Flag_of_Spain.svg Lizenz: Public Domain Bearbeiter: Pedro A. Gracia Fajardo, escudo de Manual de Imagen
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The "Title Page" means, for a printed book, the title page itself, plus such following pages as are needed to hold, legibly, the material this License requires to appear in the title page. For works in formats which do not have any title
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name mentioned below, such as "Acknowledgements", "Dedications", "Endorsements", or "History".) To "Preserve the Title" of such a section when you modify the Document means that it remains a section "Entitled XYZ" according
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The Document may include Warranty Disclaimers next to the notice which states that this License applies to the Document. These Warranty Disclaimers are considered to be included by reference in this License, but only as regards
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2. VERBATIM COPYING
You may copy and distribute the Document in any medium, either commercially or noncommercially, provided that this License, the copyright notices, and the license notice saying this License applies to the Document are reproduced
in all copies, and that you add no other conditions whatsoever to those of this License. You may not use technical measures to obstruct or control the reading or further copying of the copies you make or distribute. However, you may
accept compensation in exchange for copies. If you distribute a large enough number of copies you must also follow the conditions in section 3.
You may also lend copies, under the same conditions stated above, and you may publicly display copies.
3. COPYING IN QUANTITY
If you publish printed copies (or copies in media that commonly have printed covers) of the Document, numbering more than 100, and the Document's license notice requires Cover Texts, you must enclose the copies in covers that
carry, clearly and legibly, all these Cover Texts: Front-Cover Texts on the front cover, and Back-Cover Texts on the back cover. Both covers must also clearly and legibly identify you as the publisher of these copies. The front cover
must present the full title with all words of the title equally prominent and visible. You may add other material on the covers in addition. Copying with changes limited to the covers, as long as they preserve the title of the Document
and satisfy these conditions, can be treated as verbatim copying in other respects.
If the required texts for either cover are too voluminous to fit legibly, you should put the first ones listed (as many as fit reasonably) on the actual cover, and continue the rest onto adjacent pages.
If you publish or distribute Opaque copies of the Document numbering more than 100, you must either include a machine-readable Transparent copy along with each Opaque copy, or state in or with each Opaque copy a
computer-network location from which the general network-using public has access to download using public-standard network protocols a complete Transparent copy of the Document, free of added material. If you use the latter
option, you must take reasonably prudent steps, when you begin distribution of Opaque copies in quantity, to ensure that this Transparent copy will remain thus accessible at the stated location until at least one year after the last time
you distribute an Opaque copy (directly or through your agents or retailers) of that edition to the public.
It is requested, but not required, that you contact the authors of the Document well before redistributing any large number of copies, to give them a chance to provide you with an updated version of the Document.
4. MODIFICATIONS
You may copy and distribute a Modified Version of the Document under the conditions of sections 2 and 3 above, provided that you release the Modified Version under precisely this License, with the Modified Version filling the role
of the Document, thus licensing distribution and modification of the Modified Version to whoever possesses a copy of it. In addition, you must do these things in the Modified Version:
•
•
A. Use in the Title Page (and on the covers, if any) a title distinct from that of the Document, and from those of previous versions (which should, if there were any, be listed in the History section of the Document). You may use
the same title as a previous version if the original publisher of that version gives permission.
B. List on the Title Page, as authors, one or more persons or entities responsible for authorship of the modifications in the Modified Version, together with at least five of the principal authors of the Document (all of its principal
authors, if it has fewer than five), unless they release you from this requirement.
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•
•
•
•
•
•
•
C. State on the Title page the name of the publisher of the Modified Version, as the publisher.
D. Preserve all the copyright notices of the Document.
E. Add an appropriate copyright notice for your modifications adjacent to the other copyright notices.
F. Include, immediately after the copyright notices, a license notice giving the public permission to use the Modified Version under the terms of this License, in the form shown in the Addendum below.
G. Preserve in that license notice the full lists of Invariant Sections and required Cover Texts given in the Document's license notice.
H. Include an unaltered copy of this License.
I. Preserve the section Entitled "History", Preserve its Title, and add to it an item stating at least the title, year, new authors, and publisher of the Modified Version as given on the Title Page. If there is no section Entitled
"History" in the Document, create one stating the title, year, authors, and publisher of the Document as given on its Title Page, then add an item describing the Modified Version as stated in the previous sentence.
•
J. Preserve the network location, if any, given in the Document for public access to a Transparent copy of the Document, and likewise the network locations given in the Document for previous versions it was based on. These
may be placed in the "History" section. You may omit a network location for a work that was published at least four years before the Document itself, or if the original publisher of the version it refers to gives permission.
•
K. For any section Entitled "Acknowledgements" or "Dedications", Preserve the Title of the section, and preserve in the section all the substance and tone of each of the contributor acknowledgements and/or dedications given
therein.
•
L. Preserve all the Invariant Sections of the Document, unaltered in their text and in their titles. Section numbers or the equivalent are not considered part of the section titles.
•
M. Delete any section Entitled "Endorsements". Such a section may not be included in the Modified Version.
•
N. Do not retitle any existing section to be Entitled "Endorsements" or to conflict in title with any Invariant Section.
•
O. Preserve any Warranty Disclaimers.
If the Modified Version includes new front-matter sections or appendices that qualify as Secondary Sections and contain no material copied from the Document, you may at your option designate some or all of these sections as
invariant. To do this, add their titles to the list of Invariant Sections in the Modified Version's license notice. These titles must be distinct from any other section titles.
You may add a section Entitled "Endorsements", provided it contains nothing but endorsements of your Modified Version by various parties--for example, statements of peer review or that the text has been approved by an organization
as the authoritative definition of a standard.
You may add a passage of up to five words as a Front-Cover Text, and a passage of up to 25 words as a Back-Cover Text, to the end of the list of Cover Texts in the Modified Version. Only one passage of Front-Cover Text and one of
Back-Cover Text may be added by (or through arrangements made by) any one entity. If the Document already includes a cover text for the same cover, previously added by you or by arrangement made by the same entity you are
acting on behalf of, you may not add another; but you may replace the old one, on explicit permission from the previous publisher that added the old one.
The author(s) and publisher(s) of the Document do not by this License give permission to use their names for publicity for or to assert or imply endorsement of any Modified Version.
5. COMBINING DOCUMENTS
You may combine the Document with other documents released under this License, under the terms defined in section 4 above for modified versions, provided that you include in the combination all of the Invariant Sections of all of
the original documents, unmodified, and list them all as Invariant Sections of your combined work in its license notice, and that you preserve all their Warranty Disclaimers.
The combined work need only contain one copy of this License, and multiple identical Invariant Sections may be replaced with a single copy. If there are multiple Invariant Sections with the same name but different contents, make the
title of each such section unique by adding at the end of it, in parentheses, the name of the original author or publisher of that section if known, or else a unique number. Make the same adjustment to the section titles in the list of
Invariant Sections in the license notice of the combined work.
In the combination, you must combine any sections Entitled "History" in the various original documents, forming one section Entitled "History"; likewise combine any sections Entitled "Acknowledgements", and any sections Entitled
"Dedications". You must delete all sections Entitled "Endorsements".
6. COLLECTIONS OF DOCUMENTS
You may make a collection consisting of the Document and other documents released under this License, and replace the individual copies of this License in the various documents with a single copy that is included in the collection,
provided that you follow the rules of this License for verbatim copying of each of the documents in all other respects.
You may extract a single document from such a collection, and distribute it individually under this License, provided you insert a copy of this License into the extracted document, and follow this License in all other respects regarding
verbatim copying of that document.
7. AGGREGATION WITH INDEPENDENT WORKS
A compilation of the Document or its derivatives with other separate and independent documents or works, in or on a volume of a storage or distribution medium, is called an "aggregate" if the copyright resulting from the compilation
is not used to limit the legal rights of the compilation's users beyond what the individual works permit. When the Document is included in an aggregate, this License does not apply to the other works in the aggregate which are not
themselves derivative works of the Document.
If the Cover Text requirement of section 3 is applicable to these copies of the Document, then if the Document is less than one half of the entire aggregate, the Document's Cover Texts may be placed on covers that bracket the
Document within the aggregate, or the electronic equivalent of covers if the Document is in electronic form. Otherwise they must appear on printed covers that bracket the whole aggregate.
8. TRANSLATION
Translation is considered a kind of modification, so you may distribute translations of the Document under the terms of section 4. Replacing Invariant Sections with translations requires special permission from their copyright holders,
but you may include translations of some or all Invariant Sections in addition to the original versions of these Invariant Sections. You may include a translation of this License, and all the license notices in the Document, and any
Warranty Disclaimers, provided that you also include the original English version of this License and the original versions of those notices and disclaimers. In case of a disagreement between the translation and the original version of
this License or a notice or disclaimer, the original version will prevail.
If a section in the Document is Entitled "Acknowledgements", "Dedications", or "History", the requirement (section 4) to Preserve its Title (section 1) will typically require changing the actual title.
9. TERMINATION
You may not copy, modify, sublicense, or distribute the Document except as expressly provided for under this License. Any other attempt to copy, modify, sublicense or distribute the Document is void, and will automatically terminate
your rights under this License. However, parties who have received copies, or rights, from you under this License will not have their licenses terminated so long as such parties remain in full compliance.
10. FUTURE REVISIONS OF THIS LICENSE
The Free Software Foundation may publish new, revised versions of the GNU Free Documentation License from time to time. Such new versions will be similar in spirit to the present version, but may differ in detail to address new
problems or concerns. See http:/ / www. gnu. org/ copyleft/ .
Each version of the License is given a distinguishing version number. If the Document specifies that a particular numbered version of this License "or any later version" applies to it, you have the option of following the terms and
conditions either of that specified version or of any later version that has been published (not as a draft) by the Free Software Foundation. If the Document does not specify a version number of this License, you may choose any version
ever published (not as a draft) by the Free Software Foundation.
ADDENDUM: How to use this License for your documents
To use this License in a document you have written, include a copy of the License in the document and put the following copyright and license notices just after the title page:
Copyright (c) YEAR YOUR NAME.
Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2
or any later version published by the Free Software Foundation;
with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts.
A copy of the license is included in the section entitled
"GNU Free Documentation License".
If you have Invariant Sections, Front-Cover Texts and Back-Cover Texts, replace the "with...Texts." line with this:
with the Invariant Sections being LIST THEIR TITLES, with the
Front-Cover Texts being LIST, and with the Back-Cover Texts being LIST.
If you have Invariant Sections without Cover Texts, or some other combination of the three, merge those two alternatives to suit the situation.
If your document contains nontrivial examples of program code, we recommend releasing these examples in parallel under your choice of free software license, such as the GNU General Public License, to permit their use in free
software.

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