Solarheizung

Die Sonne schickt uns jährlich 1.000 Kilowattstunden pro Quadratmeter bei 1.600 bis 2.000 Sonnenscheinstunden an Energie auf die Erde.

Diese gewaltige und kostenlose Energiemenge sollten wir nutzen, z.B. mit thermischen Solaranlagen oder mit Photovoltaik.

Im Sommerhalbjahr übernimmt eine richtig geplante Solaranlage zu 100% die Warmwasserbereitung, in der Übergangszeit und im Winter wird das Wasser zumindest vorgewärmt, so dass jährlich über 60% des gesamten Energieverbrauchs gespart werden könnte.

Dabei könnte schon die kleinste Solaranlage mit 4 m² Kollektorfläche der Umwelt pro Jahr ½ Tonne CO₂-Emissionen ersparen.

Heizkessel werden geschont und Strom wird gespart, weil Waschmaschinen und Geschirrspüler mit solar erwärmtem Wasser versorgt werden könnten.

Sonnenenergie

Hoher Energiebedarf und begrenztes Solarangebot im Winter widersprechen eigentlich einer solaren Beheizung des Hauses.

Dennoch kann eine größere Solaranlage mit einem entsprechenden Speicher die Heizung unterstützen. Gut gedämmte Häuser mit niedrigem Energiebedarf, Räume an der Nordseite des Hauses können jährlich zu 20 - 40% solar beheizt werden.

Dabei lohnt sich die Investition für eine größere Solaranlage, denn bei fast identischen Montagekosten muss nur für die größere Kollektorfläche und den Speicher mehr bezahlt werden.

Beim Neubau betragen die Mehrkosten für eine Solarheizungsanlage 2% der Gesamtsumme, die sich schneller amortisieren als eine kleine Warmwasseranlage.

Es werden leistungsstarke und überhitzungsfeste Kollektoren mit speziell konzipierten Speichern, die zugleich Heizungswasser und auch Warmwasser erzeugen, benötigt.

Funktion einer Solaranlage

Die Solaranlage erwärmt über den unteren Wärmetauscher das einfließende Kaltwasser im Solarspeicher.

Nachgeheizt wird durch den Heizkessel über den oberen Wärmetauscher.

Nach einem Sonnentag steht kostenlos Warmwasser für Dusche, Waschmaschine und Geschirrspüler zur Verfügung.

Soll auch die Heizung unterstützt werden, wird ein Kombispeicher eingesetzt.

Hydraulikkonzept einer optimierten Raumheizungsanlage (Internet)

Solaranlagen

Es werden mittlerweile so viele verschiedene Kollektoren angeboten, dass eine Kaufentscheidung schwerfällt. Deshalb hier einige Entscheidungskriterien:

Ein Kollektor sollte bei einem guten Preis-Leistungsverhältnis viel (wieviel mindestens) Sonnenlicht in Wärme umwandeln.

Ein Kollektor sollte allen Witterungseinflüssen standhalten und möglichst 25 oder mehr Jahre seine Leistung bringen,

Ein Kollektor sollte zu Reparaturzwecken zu öffnen sein.

Ein Kollektor sollte aus wenig umweltschädlichen Einzelteilen bestehen und leicht auseinandernehmbar sein (Recycling).

Ein Kollektor sollte auf dem Dach optisch nicht zu sehr stören und möglichst leicht zu montieren sein.

Ein moderner Kollektor wandelt über 60% des Sonnenlichts in Energie um (Photovoltaikmodule schaffen nur 13%).

Die Ausdehnung der Materialien bei großer Hitze, die Dichte bei Regen und die Wasserdampfabführung des Kondenswassers, das sich morgens an den Scheiben niederschlägt, bereiten den Kollektorherstellern große Probleme.

Einige Produzenten dichten ihre Glasscheiben mit Silikon ab, andere verwenden speziell geformte Dichtgummiprofile, die kaputt gehen. Regensichere Entlüftungsöffnungen sind notwendig. Durch sie kann aber auch die Anlage verschmutzen.

Teile der Energiespeicher

Standard-Flachkollektoren haben eine Fläche von ca. 2 m², wiegen 50 kg, sind relativ preiswert, handlich und schnell zu montieren, weil sie fertig verglast geliefert werden.

Leider werden die meisten angebotenen Flachkollektoren aus Niedriglohnländern importiert, was sich sehr deutlich in der Qualität bemerkbar macht.

Werden größere Anlagen gewünscht, müssen viele einzelne Kollektoren miteinander verbunden werden, das bedeutet Energieverluste an den Rändern zwischen den Kollektoren und ein Dichtungsproblem bei den vielen Verbindungen.

Solarspeicher

Im Solarspeicher wird das von unten einfließende Kaltwasser über den unteren Glattrohrwärmetauscher von der Solaranlage aufgeheizt.

Oben wird das warme Wasser über die Hauswasserleitung entnommen.

Reicht die Wassertemperatur nicht aus, springt der Heizkessel an und wärmt das Wasser über den oberen Wärmetauscher nach. Dies kann auch mit einem Holzkessel oder mit einem Elektroheizstab, der in der Mitte montiert wird, erfolgen.

Es muss auf das richtige Verhältnis von Speichergröße zu Solaranlage und Personenzahl geachtet werden, denn ein zu kleiner Speicher bei vielen Personen muss selbst im Sommer zu oft mit dem Heizkessel aufgeheizt werden.

Ein zu großer Speicher würde das Wasser zu lange "abstehen" lassen und muss wegen der Keime im oberen Tiel täglich auf 60 °C nachgeheizt werden, was den Solarertrag mindert.

Besser wäre hier der Einsatz eines Kombispeichers mit kleinem Brauchwasserteil, aber großem Energiepuffer. Gute Solarspeicher sind wegen der Wärmeschichtung schlank und hoch gebaut und wegen der Hygiene innen zweifach emailliert.

Kombispeicher

Der Kombispeicher besteht aus 2 Speichern:

Ein kleinerer Trinkwasserbehälter hängt in einem großen Speicher mit Heizungswasser.

Die Solaranlage beheizt über einen Wärmetauscher das Heizungswasser, das nach oben steigt und durch die Wand des Behälters das Trinkwasser erhitzt.

Damit es nicht zu Verwirbelungen kommt, wird das nachfließende Kaltwasser durch ein Kunststoffrohr bis zum Boden des emaillierten Trinkwasserboilers geführt.

Holzkessel lassen sich mit einem Kombispeicher ideal mit Solaranlagen kombinieren, weil im Winter der ganze Puffer, im Sommer dagegen zum Nachheizen nur der obere Pufferteil aufgeheizt werden kann.

Photovoltaik - Solarstrom

ist eine Energietechnik, die elektrischen Strom aus Lichtstrahlen gewinnt, der Wandler ist die Solarzelle. Photovoltaik ist für sonnenreiche Entwicklungsländer interessant. Sie wird auch für die Energieversorgung von Satelliten und Raumsonden eingesetzt.

Anwendungsbereiche der Photovoltaik:

Kleinverbraucher

Weit verbreitet ist die Ausstattung mit Solarzellen bei Geräten mit sehr kleinem Stromverbrauch wie z.B.: Armbanduhren und Taschenrechner. Sie ersetzten teure Batterien, die unter Umständen über ihre mehrjährige Betriebsdauer mehr Energie durch Selbstentladung verlieren.

Insellösungen

Bei den Anwendungen, bei denen der Aufwand für eine leitungsgebundene Stromversorgung sehr hoch ist, werden Solarzellen eingesetzt: Parkscheinautomaten, Signalbojen auf dem Meer, Stromversorgungen für abgelegene Wochenendhäuser, usw.

Die heute noch recht hohen Investitionskosten für Photovoltaikanlagen müssen mit dem Aufwand für Stromleitungen oder alternative Energieerzeuger verglichen werden.

photovoltaische Kraftwerke

Zur Stromerzeugung im großen Maßstab eingesetzte Kraftwerke, die mit Solarzellen Strom erzeugen, nennt man photovoltaische Kraftwerke.

Solarstromanlagen werden im Inselbetrieb oder parallel zum Stromnetz betrieben. Im letzteren Fall übernimmt das öffentliche Stromnetz die Funktion des Stromspeichers, auf Akkumulatoren kann dann verzichtet werden.

Solarstromanlagen für Inselanwendungen bestehen aus:

Solarmodulen

Elektronischer Laderegelung

Akku

Verbrauchern

a) Das Solarmodul

In einem Solarmodul sind einzelne Solarzellen miteinander verlötet und wetterfest eingerahmt. Die Leistung eines Solarmoduls hängt von der Zahl der eingebauten Solarzellen und deren Wirkungsgrad ab. Man unterscheidet 3 Typen von Solarzellen:

Monokristalline Silizium-Zellen: hoher Wirkungsgrad, lange Lebensdauer. (20 Jahre)

Polykristalline Silizium-Zellen: hoher Wirkungsgrad, lange Lebensdauer. (20 Jahre)

Amorphe Silizium-Zellen; niedriger Wirkungsgrad, kurze Lebensdauer

b) Der Laderegler

Die elektronische Regelung (Laderegler) hat die Aufgabe, die Akkus optimal zu laden und diese vor Überladung oder Tiefentladung zu schützen. Eine gute Regelelektronik hat einen großen Einfluss auf die Lebensdauer der Akkumulatoren.

c) Die Akkumulatoren

Als Speicher sollten vor allem Akkumulatoren verwendet werden, die speziell für den Einsatz in Solarstromanlagen entwickelt wurden. Die höheren Ausgaben für eine "Solarbatterie" machen sich auf jeden Fall bezahlt, weil Einwegbatterien ziemlich teuer sind und schnell verbraucht werden.

d) Die Verbraucher

Solarmodule liefern Gleichstrom mit einer Spannung von 16 - 18 Volt. Da man im öffentlichen Stromnetz eine Spannung von 230 Volt Wechselstrom gewohnt ist, sind die Haushaltsgeräte auf diese Netzspannung ausgelegt und können mit Solarstrom nicht direkt betrieben werden. Die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom ist zwar technisch kein Problem, führt aber zu Verlusten, die vermieden werden können, da es viele elektrische Geräte für 12 Volt Gleichstrombetrieb gibt. Da auch Solarstrom relativ teuer ist (weil die Produktion von Siliziumkristallen äußerst aufwendig und teuer ist), sollte immer beim Kauf von Elektrogeräten auf einen niedrigen Stromverbrauch geachtet werden.

Einsatzgebiete

Umweltfreundlicher Solarstrom kann meistens mit hergestelltem Netzstrom preislich nicht konkurrieren, weil unser Netzstrom derzeit Strom liefert, der billiger ist als Solarstrom. Trotzdem gibt es immer mehr Menschen, die aus Verantwortungsbewusstsein die Mehrkosten akzeptieren. Ist kein Netzstrom verfügbar, so ist Solarstrom sogar oft die günstigste und zuverlässigste Alternative.

Beispiele:

Wochenendhäuser, Berghütten, Signalanlagen, Alarmanlagen. Wohnwagen,

Netzgekoppelte Solarstromanlagen

Möchte man trotz vorhandenem Stromnetz auf eine umweltfreundliche Alternative umsteigen, so empfiehlt es sich, den erzeugten Solarstrom nicht in Batterien, sondern im öffentlichen Netz zu "speichern". Dieser sogenannte Netzparallel-Betrieb hat den Vorteil, dass auf die teueren und umweltbelastenden Batterien verzichtet werden kann und auch mit der Speicherung verbundene Verluste vermieden werden können.

Planung und Dimensionierung

Für die Auslegung von Solarstromanlagen kann man nicht so einfache Richtwerteangaben machen wie bei Sonnenkollektoranlagen, da der Stromverbrauch je nach Gewohnheiten (Baden, Duschen, Putzen, im Sommer (wahrscheinlich) mehr als im Winter) sehr unterschiedlich sein kann.

Marktperspektiven

Für die kommenden acht Jahre wurde ein jährliches Wachstum von 23% bei den installierten Kollektorflächen prognostiziert, was im Jahr 2005 zu einer installierten Kollektorfläche von 28 Millionen m² führen wird. Allerdings könnten noch deutlich höhere Wachstumsraten erreicht werden, wenn auf nationaler und europäischer Ebene eine umweltbewusstere Politik für erneuerbare Energien betrieben würde. Die Solarpolitik der Regierungen variiert stark von Land zu Land und ist ein Faktor, der den Markterfolg oder -misserfolg der Sonnenenergie maßgeblich beeinflusst. In einigen Ländern gibt es Zuschüsse für die Installation von Solaranlagen, diese Länder können auch das größte Marktwachstum aufweisen, wie z.B. Deutschland, Österreich oder die Niederlande. Zur breiten Einführung der Solarenergie ist nationale und europäische Politik zur Markteinführung der Solarwärmenutzung notwendig. Die europäischen Solarfirmen plädieren deshalb für folgende Maßnahmen:

Internalisierung externer Kosten

Zuschussprogramme

Nachfragesteigerung durch Öffentlichkeitskampagnen und Demonstrationsprojekte

Programme, welche die Entwicklung des Solarmarktes im Bereich der Ausbildung von Planern und Installateuren unterstützen, Entwicklung von Normen und Ausweitung des Garantieverfahrens von Solarerträgen

Verbesserung des Know-how-Transfers von Ländern mit höherer zu solchen mit niedrigerer Marktdurchdringung

Verschärfung der Anforderungen an den Wärmeschutz von Neubauten und Integration der Solarenergie in Planung

Derzeit werden am österreichischen Markt von 35 Herstellern und Importeuren mehr als 60 verschiedene Kollektortypen angeboten. Diese sind zum überwiegenden Teil Flachkollektoren.

Vakuum-Röhrenkollektoren konnten sich bisher kaum durchsetzen und haben einen Marktanteil von lediglich 1% .

Solarstatistik Österreich

Abb.1: gesamter Solaranlagenmarkt in Österreich (Zeitschrift)

Abb.2: Marktanteil der div. Kollektortypen (Zeitschrift)

Im Jahr 1997 betrug der Exportanteil, der in Österreich gefertigten Flachkollektoren 14,8 % (28.746 m²) und bei Schwimmbadabsorbern immerhin schon 36,4 % (16.640 m²⁾ . Demgegenüber steht ein Importanteil von 5,9 % (10.410 m²) bei Flachkollektoren.

Abb.3: Export von Flachkollektoren zwischen 1992 und 1997 (Internet)

Neue Anwendungsbereiche

Ausgelöst und unterstützt wurde die Erschließung neuer Anwendungsbereiche für thermische Solaranlagen auch durch Forschungs- und Förderprogramme von Bund und Ländern. Vor allem die Entwicklung von Systemen zur solaren Raumheizung lösten auf Grund der größeren erforderlichen Kollektorflächen und neuen Anforderungen an die Speicher zahlreiche Innovationen aus. Der Marktanteil dieser Kombianlagen (Warmwasser und Raumheizung) an der installierten Kollektorfläche betrug 1997 bereits 50 %.

Ausblick

Aufgrund der derzeitigen Hersteller-, Anbieter- und Vertriebsstruktur in Österreich ist in den kommenden Jahren eine Marktbereinigung zu erwarten. D.h. die Anzahl der Hersteller von Kollektoren - 1998 waren dies 35 - wird sich wesentlich reduzieren, zugunsten einiger Systemanbieter, die im gesamten Bundesgebiet tätig sind. Notwendig ist vor allem eine technologische Weiterentwicklung der Systeme und Komponenten, da in diesem Bereich, verglichen mit Anbietern aus dem deutschsprachigen Ausland, zweifelsohne noch Defizite bestehen. Nur wenn es gelingt, Kompaktsysteme, die technologisch und ökonomisch optimiert sind auf den Markt zu bringen und neue Bereiche für thermische Solaranlagen zu öffnen, wird es gelingen, das hohe Niveau an jährlich installierter Kollektorfläche noch weiter auszubauen.

Staatliche Förderung und Finanzierung

Finanzierung

Zur Finanzierung einer Solaranlage kann z.B. ein bestehender Bausparvertrag eingesetzt werden.

Beschaffung einer Solaranlage

Empfehlenswert ist auf jeden Fall der Abschluss eines Bausparvertrages. Man erwirbt damit nicht nur Anspruch auf ein zinsenfestes und zinsengünstiges Darlehen, Bausparen wird zudem vom Staat gefördert. Auch die vermögenswirksamen Leistungen des Arbeitgebers können auf einem Bausparvertrag - staatlich gefördert - gelegt werden. Grundsätzlich empfiehlt sich damit ein Bausparvertrag zur gezielten Vorsorge - aber auch dann, wenn Sie derzeit noch keine konkreten Vorhaben geplant sind.

Staatliche Förderung

Investitionen in die Solartechnik werden mit verschiedenen Förderprogrammen von Bund, Ländern und Kommunen gefördert.

Die Förderrichtlinien bei Bund und Ländern sind aufgrund der politischen Situation und der knappen Haushaltsmittel einem steten Wandel ausgesetzt. Der aktuelle Stand der Förderung kann am besten bei den zuständigen Förderleitstellen erfragt werden. Außerdem empfiehlt sich die Nachfrage bei der Kommunal-Verwaltung sowie beim örtlichen Energie-Versorger.

Unabhängig, sauber und wirtschaftlich - Stromversorgung durch die Sonne

Überall dort, wo die Netzversorgung unzuverlässig oder zu weit entfernt ist, stellen Photovoltaikanlagen zur netzunabhängigen Stromversorgung nicht nur die sauberste, sondern oft auch die wirtschaftlichste Alternative dar.

Direkte Stromversorgung vom Modul zum Verbraucher

Die direkte Kopplung von Solarmodul und Verbraucher eignet sich besonders, wenn Stromverbrauch und Stromerzeugung zeitgleich stattfinden können.

Unabhängige Stromversorgung durch den Einsatz von Akkumulatoren

Wird Strom benötigt, wenn die Sonne gerade nicht scheint, kommen Batterien als Energiespeicher zum Einsatz. Wichtig ist dabei die richtige Abstimmung der Bauteile aufeinander. Ein Laderegler schützt dabei die Batterie. Solche Systeme findet man in Booten, Camping-Fahrzeugen oder in Ferienhäusern. Überall, wo man 12 Volt Gleichstrom benötigt.

Ohne Komfortverzicht - solare Stromerzeugung mit 230 V - Wechselstrom

Um normalen Haushaltsgeräte und Stromverbraucher mit haushaltsüblichem 230 Volt Wechselstrom betreiben zu können, muss der in den Modulen entstehende Gleichstrom umgewandelt werden. Diese Aufgabe erfüllt der Wechselrichter.

Sicherheit und Effizienz durch ein solares Hybridsystem

Bei größeren Solarstromanlagen empfiehlt sich die Kopplung mit einem weiteren Stromerzeuger. Dies kann eine Windkraftanlage oder ein Dieselgenerator sein. Der Wechselrichter ist dabei die intelligente Schaltzentrale der Anlage. Er schaltet je nach Bedarf die Stromerzeuger zu, so dass jederzeit Strom aus den optimalen Quellen automatisch zur Verfügung steht. Und das ganz automatisch. Mit diesen Profi-Systemen können auch große Einheiten sicher zu allen Jahreszeiten mit sauberem Strom von/aus der Sonne versorgt werden.

Architektonische Integration

Die Verwendung regenerativer Energieformen sollte bei der Planung von Gebäuden heute selbstverständlich sein. Photovoltaik bietet eine Vielzahl faszinierender Möglichkeiten, die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Strom ästhetisch und technisch attraktiv in ein Gebäude zu integrieren.

+: Sehr informatives Referat, in dem auch auf die ökonomischen Aspekte der Solarenergie eingegangen wird. Gute Gliederung.

-: Kein Literaturverzeichnis.