Solartechnik - Die Kunst, die Sonne einzufangen

Wichtigste Komponente bei der Solartechnik einer Solaranlage ist der Kollektor. Er hat die Aufgabe, das Sonnenlicht zu sammeln und die daraus gewonnene Energie in nutzbarer Form abzugeben. Die wesentlichen Bauteile des Kollektors sind der Absorber und das Gehäuse. Der Kollektor hat auf der Oberseite eine lichtdurchlässige Abdeckung, beispielsweise eine Glasscheibe. Bei dieser Solartechnik fallen die hindurchtretenden Sonnenstrahlen auf den Absorber, ein schwarzes Blech, von dem sie fast vollständig absorbiert werden. Mittels Solartechnik wird die Sonnenenergie bei diesem Vorgang in Wärme umgewandelt.

Die Solartechnik funktioniert folgendermaßen: Der Absorber bei Solaranlagen ist vollständig von einem wärmegedämmten Gehäuse umgeben, deshalb ist ein Entweichen der Wärme nur in geringem Umfang möglich. So steigt die Temperatur des Absorbers bei Sonneneinstrahlung an. Eine Flüssigkeit, das Wärmeträgermedium, entzieht dem Absorber nun die Wärme. Im Absorberblech befinden sich aus diesem Grund Rohre oder Kanäle, durch die das Wärmeträgermedium fließt.

Es gibt innerhalb der Solartechnik unterschiedliche Bauarten von Kollektoren, die jedoch alle nach dem gleichen Prinzip funktionieren. Die Bauarten unterscheiden sich vor allem durch die Solartechnik, also wie der Wärmeverlust zu begrenzen ist. Äußerlich macht sich dies lediglich an unterschiedlichen Gehäuseformen bemerkbar.

Solaranlagen werden mit unterschiedlicher Solartechnik zur Trinkwassererwärmung, zur Heizungsunterstützung oder zur Schwimmbaderwärmung eingesetzt. In Deutschland können bei typischer Anlagendimensionierung rund 60 Prozent des jährlichen Trinkwarmwasserbedarfs eines Einfamilienhauses durch solarthermische Anlagen erwärmt werden.

Anlagen, die mittels Solartechnik die Heizung unterstützen, decken bei üblicher Dimensionierung je nach Dämmstandard des Gebäudes 10-30 Prozent, bei Niedrigenergiehäusern sogar fast die Hälfte des Gesamtwärmebedarfs ab. Den Stand moderner Heizungstechnik bildet eine Kombination aus einer Wärmepumpe mit einer solarthermischen Anlage.

Standard der Solartechnik bei Solaranlagen ist ein bivalenter Speicher, also ein Speicher mit zwei Wärmetauschern, in dem der Vorrat des warmen Trinkwassers enthalten ist. Die Solaranlage bedient dabei den unteren, die Nachheizung den oberen Wärmetauscher.

Die Solartechnik zur Heizungsunterstützung ähnelt der Technik für die solare Trinkwassererwärmung. Die Anlagen zeichnen sich in erster Linie durch vergrößerte Kollektorflächen, vor allem aber durch vergrößerte Speicher mit mindestens 750 Liter Volumen aus. Der Speicher wird durch die Solaranlage und die Wärmepumpe so beladen, dass die Temperatur im Speicher möglichst stabil geschichtet ist. Diese „Schichtenspeicher“ sind das zentrale Element der Heizungsanlage.

Bei dieser Solartechnik wird die Wärme für den Heizungsvorlauf aus dem unteren Drittel des Speichers entnommen, der Rücklaufwärme fließt in der passenden Höhe in den Speicher zurück. Die Trinkwassererwärmung ist in dieses System integriert, ohne dass sich das Trinkwasser und das Wasser des Heizungskreislaufs miteinander vermischen können. Um die hygienisch notwendige Trennung vom Heizungskreislauf zu gewährleisten, kann ein eigener kleiner Behälter eingesetzt werden. Er ist im oberen Drittel des Schichtenspeichers untergebracht und hält so bei möglichst geringen Verlusten Warmwasser bereit.

Der Schichtenspeicher kann bei dieser Solartechnik aber auch als eine Art „Durchlauferhitzer“ genutzt werden, indem das Trinkwasser durch einen Wärmetauscher den Speicher von den kühleren unteren bis zu den oberen Schichten mit höherer Temperatur durchfließt. Diese Solartechnik bietet den Vorteil, dass keine größeren Trinkwassermengen mit gebrauchsfertiger Temperatur über längere Zeit vorgehalten werden müssen. Die Entstehung gesundheitsgefährdender Legionellen wird damit sehr unwahrscheinlich. Einschränkungen im Komfort müssen aber möglicherweise dann in Kauf genommen werden, wenn innerhalb sehr kurzer Zeit große Mengen warmen Wassers benötigt werden.

Eine andere Möglichkeit der hygienischen und warmen Trinkwassererzeugung bietet die Solartechnik des Durchlaufplattenwärmetauscher, der von der heißesten Stelle des Speichers bedient wird. Damit wird immer nur bei Bedarf warmes Trinkwasser erzeugt.

Bei einem Vierpersonenhaushalt ergibt sich einschließlich aller Wärmeverluste ein Bedarf von 3650 kWh im Jahr. Üblicherweise wird die Solartechnik auf einen Deckungsgrad von 60 Prozent ausgelegt. Bei optimaler Ausrichtung der Kollektoren (je nach Region etwa 1000 kWh pro Quadratmeter), die als Flachkollektoren etwa 40 Prozent Jahres- Nutzungsgrad aufweisen, ergäbe dies einen Flächenbedarf von 5,5 Quadratmeter (0,6 x 3650/1000/0,4). Passend dazu wäre ein Speicher mit etwa 300 Liter Inhalt. Die Investitionskosten für eine solche Solaranlagen betragen zwischen 3500 und 6000 Euro, lassen sich aber durch Eigenleistungen noch erheblich senken.

Schwimmbad

Besonders empfehlenswert ist die Solartechnik bei der Beheizung von Freibädern, da sie in der Zeit des größten Strahlungsangebots der Sonne in Betrieb sind. Im Gegensatz zu den sonst üblichen Flachkollektoren werden bei dieser Solartechnik sehr preiswerte Absorber verwendet. Die Größe der Absorberfläche sollte etwa 50 bis 70 Prozent der Wasseroberfläche betragen.

Bei Verwendung der Solartechnik sollte, wenn möglich, auf eine konventionelle Nachheizung ganz verzichtet werden. Um die Verluste zu begrenzen, ist - wie auch bei konventionellen Anlagen - der Einsatz einer dämmenden Becken- Abdeckung für die Nacht sinnvoll.