Alles über Solarwärme (Solarthermie) ©
(erstmals eingestellt 1999, fortlaufend aktualisiert, zuletzt Dez. 2022)
Wie funktioniert eine thermische Solaranlage?
Das solarthermische Grundprinzip ist denkbar einfach und eigentlich fast jedem bekannt,
denn schon als Kind "begreifen" Mensch und auch Tier, dass dunkle Flächen die Sonnenstrahlen schneller und stärker in Wärme umwandeln, bzw. absorbieren, als hellere Flächen, die die Wärme stärker "weg"-reflektieren. Clevere Bastler nutzen schon seit langem dieses Prinzip, z.B. in schwarz angestrichenen Wasserbehältern, dunklen Wasserrohren oder mit schwarzen Tüchern zur Trocknung von Früchten.
"Richtige" Solaranlagen gibt es etwa seit den 1970 er Jahren, einfache Schwerkraftsysteme sogar 50 Jahre länger.
Hierbei nutzt man zusätzlich den jedermann bekannten Treibhauseffekt, der z.B. dafür sorgt, dass selbst an kühlen, aber leicht sonnigen, Tagen es in einem Auto, Gewächshaus oder Wintergarten sehr warm werden kann. Die Sonnenstrahlen durchdringen das schützende Glas und werden auf den auftreffenden Flächen in Wärme umgewandelt.
In der Sonnenfalle namens Solar-Kollektor (bitte nicht Zelle, Platte oder Modul - das ist etwas anderes!) wird die Sonnenwärme über die dunkle Absorberfläche "aufgesaugt", gesammelt und an die mit einer Flüssigkeit gefüllte Solarleitung (Solarkreis) übergeben. Dafür muss nicht unbedingt die Sonne scheinen und es muss auch nicht besonders warm sein.
Ist es im Kollektor wärmer als im großen Wasserspeicher "oben", fließt das Wasser über den gedämmten Solarkreis dorthin und gibt seine Energie über einen Wärmetauscher an diesen Solarspeicher ab. Die kühlere Flüssigkeit fließt gleichzeitig wieder zum Kollektor, um erneut Wärmeenergie aufzunehmen. Damit auch an einem trüben Tag genug Warmwasser da ist, hat der Speicher ein ausreichendes, passendes Volumen und ist möglichst gut gedämmt.
Im Laufe der Jahre wurde diese Technik immer mehr verfeinert und die Komponenten effizienter.
Anstelle einfacher schwarz angemalter Bleche, nutzt man heute vakuumbeschichtete Absorberbleche mit feinsten Kupferröhrchen dahinter (siehe unten Hinweise zu Kollektoren von Wagner Solar). Die Kollektorgehäuse werden besser gedämmt und die Gläser noch lichtdurchlässiger. Hochleistungs-Wärmetauscher sorgen für bessere Wärmeübertragung in den Speicher und spezielle Belade-Techniken ermöglichen mehr Energiegewinn in den schlanken, stark gedämmten Speichern. Ganzjährig arbeitet man nur im warmen Süden Europas mit Schwerkraft. Ansonsten steht der Speicher im geschützten Keller und eine Regelung in der Solarstation setzt die Solarkreispumpe nur dann in Betrieb, wenn auch wirklich ein Wärmegewinn vom Dach geholt werden kann.
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Heute berücksichtigen Pumpenregelungen die Differenztemperaturen genauer, die Solarkreis-Verrohrung zwischen Kollektor und Speicher wird lückenlos und hochwertig gedämmt, Anschlussverluste werden vermieden. Während die einfachen Schwerkraftanlagen im Süden, im Winter mangels Nachheizung, oft ungenutzt bleiben, haben "richtige" Solarspeicher im oberen Bereich einen Nachheiz-Wärmetauscher, über den jeder normale Heizkessel eine zu niedrige Nutz-Temperatur notfalls erhöhen (nachheizen) kann, ohne gleich den ganzen Speicher aufzuheizen.
Nicht bewährt hatte sich die zwischenzeitliche Idee, mit einem Solarmodul und einer DC-Solarpumpe sowohl zu pumpen, als auch zu regeln.
Auch wenn es auf den ersten Blick logisch erscheint, fallen die Wärme auf dem Dach (für die Kollektoren) und die Helligkeit (für das Modul) nicht immer zeitgleich an. Die Folge sind: Wärmestau in den Kollektoren, der u.U. bei Bewölkung und abendlicher Dämmerung nicht mehr abgeführt wird oder umgekehrt die nicht sinnvolle Zirkulation von kaltem Dachwasser in den Speicher und warmes Wasser auf`s Dach, weil die Wolken aufreissen, aber die Kollektoren noch nicht ausreichend erwärmt sind.
Seit der Jahrtausendwende sind hochwertige solarthermische Anlagen grundsätzlich ausgereift!
"Verbesserungen" liegen heute vorrangig in der Regeltechnik und Visualisierung, bzw. in den, auf die sich vergrößernden Kollektorflächen eingehenden, Sicherheits-Techniken. Preiswerter wurde die Solarwärme dadurch aber nicht (im Gegensatz zu Solarstrom). Was heute billig auf dem Markt angeboten wird und deutsche Hersteller verdrängt, ist dann meist Importware aus China, die oftmals weder langlebig, noch förderfähig ist.
Ab dem 1. Jahrhundert-Sommer 2003 gewann die solare Heizungs-Unterstützung immer mehr an Bedeutung.
Hierfür sind natürlich größere Kollektorflächen und ein Pufferspeicher notwendig, der die tagsüber geerntete Wärme speichert und über aufwendigere Regelungen gesteuert, bedarfsgerecht zu den Heizkörper (am besten große Flächen) fließen lässt. Die Dimensionierung muss viel genauer erfolgen, also auf den Wärmebedarf eingehen, damit es nicht in den heizfreien, sonnenstarken Sommer-Monaten zu extremen Überhitzungs-Erscheinungen kommt. Optimal dafür sind genau nach Süden und möglichst steil ausgerichtete Kollektoren. Aufgrund der reduzierten, bzw. zeitweise auch weggefallenen BAFA-Förderung für reine WW-Anlagen, wurden zeitweise vorrangig SH-Anlagen angeboten. Daher bringt es dann wirtschaftlich mehr, die Anlage ein klein bisschen größer als eine WW-Anlage aufzubauen, denn dies sorgt nicht nur für mehr Ertrag, sondern eben auch mehr Zuschuss...
Viele Wege führen nach Rom...
Genau wie bei Autos und vielen anderen Techniken auf der Welt, hat heute jeder Hersteller seine eigene, mehr oder weniger aufwendige Herangehensweise, um Anlagen noch leistungsfähiger zu machen. Entscheidend ist aber am Ende ein möglichst optimales Verhältnis zwischen Aufwand und Ertrag - sowohl bei den Kosten, als auch bei Energie und Rohstoffen. Nicht jedes Gimmick das lautstark als Sensation beworben wird, lohnt sich auch wirklich bei jeder Anlage (Schichtenspeicher, Vakuumröhren, Hightech-Regelung, Nachführung, spezielle Speicher-Medien,...)
Natürlich gibt es, wie bei allem, unterschiedliche Methoden, die mal hier oder da ihre Vorteile haben.
Während die Einen auf Low-Flow setzen (also das Medium sehr langsam durch den Solarkreis laufen lassen, damit es Zeit hat Wärme aufzunehmen und abzugeben), arbeiten Andere mit einer "Schütt-Einstellung", die die Kollektoren erst richtig heiß werden lässt, bis die Pumpe dann einige Minuten läuft, um hohe Temperaturen in den Speicher zu bringen. Je nach Bedingungen kann sich das lohnen - muss aber nicht. Vor allem bei größeren Anlagen besteht kaum ein Grund mit teuren Funktionen die Erträge zusätzlich zu optimieren. Ein "Matched-Flow", der abhängig vom Temperatur-Unterschied, die Pumpe schaltet, ist in der Regel ausreichend und betriebssicherer.
Seit stromerzeugende Solarmodule (Photovoltaik) im Preis so extrem gefallen sind (bis 90% günstiger als früher), macht es u.U. Sinn, bei kleineren WW-Anlagen und großen Entfernungen bis zum Solarspeicher, Diese einzusetzen, anstelle der großen und schweren Solarkollektoren. Mit dem erzeugten Solarstrom wird dann über einen E-Heizstab im Speicher das Wasser erwämt = weniger Montageaufwand, weniger Materialien, weniger Verluste im Solarkreis, geringere Kosten, keine Frost- oder Überhitzungsprobleme! Siehe dazu https://www.oeko-energie.de/shop1/de/Solarstrom/Selacal-Warmwasser/
Gefördert werden diese Anlagen bisher aber nur vereinzelt.
Seit 2018 muss der Förderantrag bei der BAFA wieder vor Anlagenkauf erfolgen!
Mehr dazu unter https://www.oeko-energie.de/shop1/de/Thermie/Solarwaerme--Wissen/Foerderungen/
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