Solarthermie
Das Wasser in einem schwarzen Gartenschlauch erwärmt sich unter Sonneneinwirkung sehr rasch. Solarthermische Anlagen beruhen auf diesem denkbar einfachen Grundprinzip.
Der Kollektor einer thermischen Solaranlage hat die Aufgabe, einen möglichst großen Teil der einfallenden Strahlung einzufangen und in Wärme umzuwandeln. Damit die gewonnene Wärme nicht verloren geht, muss der Kollektor gut gedämmt sein.
Dazu gibt es zwei Möglichkeiten:
1. Der Kollektor wird an den Seiten und auf der Rückseite in Wärmedämmung eingepackt (Prinzip „Pullover“). Nach diesem Prinzip sind Flachkollektoren aufgebaut.
2. Der Kollektor wird in ein Vakuum verpackt (Prinzip „Thermoskanne“). Nach diesem Prinzip sind Vakuumröhrenkollektoren aufgebaut.
Damit das bei Sonnenschein erzeugte Brauchwarmwasser und/ oder Heizwasser auch zu anderer Zeit zur Verfügung steht, ist die Installation eines Solarspeichers notwendig. Solarspeicher unterscheiden sich von Standard-Warmwasserspeichern in der Größe. Außerdem sind sie mit einem zweiten Wärmetauscher für den Solarkreislauf ausgestattet.
In der Regel sind Dacheindeckung, Dachkonstruktionen und Statik eines Daches für den Einbau einer Solaranlage geeignet. Bei Schrägdächern bestehen die Möglichkeiten der Indach- und der Aufdachmontage. Die Aufständerung der Anlage auf Flachdächern setzt eine Bewertung der möglichen Dachlasten voraus. Damit ein möglichst hoher solarer Ertrag erzielt werden kann, sollte das Kollektorfeld einer thermischen Solaranlage nicht verschattet, in einem Neigungswinkel zwischen 30° und 50° montiert und nach Südost bis Südwest ausgerichtet sein. Aber auch bei geringen Verschattungen und ungünstigerer Ausrichtung lassen sich mit thermischen Solaranlagen noch hohe Erträge erzielen. Ob Ihr Dach generell für eine Solarthermieanlage geeignet ist, können Sie im Solardachkataster überprüfen.
Typische Anlagenkonfigurationen und Erträge
Eine Solarthermieanlage zum Erwärmen des Trinkwassers eines Ein- oder Zweifamilienhauses sollte so dimensioniert sein, dass sie in der Regel während der Sommermonate (Mai, Juni, Juli und August) so viel Wärme liefert, dass die Heizung in dieser Zeit ausgeschaltet werden kann. So kann ein Jahresdeckungsgrad von 60 Prozent der Trinkwassererwärmung erreicht werden. In der übrigen Zeit dient die solare Wärme als Vorheizung und die Heizung muss „nur noch“ nachheizen. Eine zu große Dimensionierung hätte die Nachteile der steigenden Gesamtkosten und des Wärmeüberschusses im Sommer.
Faustregel für die Abschätzung der benötigten Kollektorfläche:
Bei einem mittleren Warmwasserbedarf pro Person und Tag von 35 bis 55 Liter (45 Grad Celsius) und der o. g. örtlichen Bedingungen, sollten die Dachflächen wie folgt belegt werden:
1,5 m² Flachkollektoren pro Person oder
1 m² Vakuumröhrenkollektoren pro Person.
Faustregel für die Auslegung des Speichervolumens des Warmwasserspeichers:
täglicher Warmwasserverbrauch mal 2.
Bei einem 4-Personen-Haushalt würde man den Warmwasserspeicher demzufolge zwischen 280 - 440 Litern dimensionieren.
Energiekostenersparnis:
Ca. 4.000 Kilowattstunden werden benötigt, um den jährlichen Warmwasserbedarf von vier Personen zu decken. Bei einem Energiepreis - zum Beispiel im Fall von Gas - von ca. 7 Cent pro Kilowattstunde [ct/kWh], lässt sich die folgende bespielhafte Brennstoff-Ersparnis ableiten:
60 % * 4.000 kWh/a * 0,07 €/kWh = 170 €/a
Die berechneten 170 Euro Ersparnis pro Jahr summieren sich in 15 Jahren auf 2.550 Euro. Eine Steigerung der Energiepreise sowie die Einsparung durch die zusätzliche Unterstützung der Heizung sind in dieser Rechnung noch nicht berücksichtigt.
Eine Solarthermieanlage zum Erwärmen des Trinkwassers UND Heizungsunterstützung eines Ein- oder Zweifamilienhauses ermöglicht es, vor allem zu Beginn und zum Ende der Heizperiode, Energie für die Raumheizung einzusparen.
Der Kollektor einer solchen Kombianlage sollte nicht mehr als das Doppelte größer sein, als der einer entsprechenden Anlage zur Trinkwassererwärmung. So lassen sich sommerliche Überschüsse und die damit einhergehenden thermischen Belastungen der Anlagekomponenten in Grenzen halten.
Faustregel Kollektorfläche:
3 m² Flachkollektoren pro Person
2 m² Vakuumröhrenkollektoren pro Person
Faustregel Speichervolumen des Kombispeichers:
ca. 50 Liter pro Quadratmeter Flachkollektor
ca. 80 Liter pro Quadratmeter Vakuumröhrenkollektor
Energiekostenersparnis:
Für Heizung und Warmwasser kann für eine Standardsanierung eines Hauses mit 150 Quadratmetern Wohnfläche etwa ein Energieverbrauch von 15.000 Kilowattstunden im Jahr [kWh/a] angenommen werden. Eine solche Solaranlage deckt über das Jahr ca. 25 % dieser Energie. Bei einem Gaspreis von 7 Cent pro Kilowattstunde reduzieren sich die Energiekosten um ungefähr 260 Euro im Jahr (15.000 kWh/a * 0,25 * 0,07 €/kWh). Auch ohne Energiepreissteigerung summiert sich die Ersparnis in 15 Jahren auf circa 3.900 Euro.
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