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Solarenergie mit thermischem Solarkollektor nutzen

Zuerst müssen wir definieren, was wir mit dem Wort "Solarkollektor" eigentlich meinen. Hier geht um die thermische Nutzung von Sonnenwärme, deshalb sagt mancher auch Sonnenkollektor. Die andere Art die Sonne zu nutzen erzeugt direkt elektrischen Strom. Diese Kollektoren nennt man "Solarzellen" und das Verfahren heißt allgemein Fotovoltaik. Doch dieses wird hier nicht näher betrachtet.

Aber auch beim thermischen Solarkollektor gibt es verschiedene Arten. Wir halten den klassischen und einfachen thermischen Solarkollektor für die günstigste Lösung. Der wesentlich teurere Röhrenkollektor oder Vakuumkollektor hat zwar einen etwas höheren Wirkungsgrad, doch das kann man kostengünstiger durch eine um etwa 10% größere Fläche ausgleichen.

Wichtig ist die Ausrichtung vom Solarkollektor möglichst nach Süden mit 45° bis 60° Neigung. Das optimiert die solare Deckung besonders im Frühjahr und Herbst. Selbst ein senkrecht angeordneter Solarkollektor hat Vorteile: Er gewinnt im Winter mehr Energie, weil die Sonne in einem günstigeren Winkel auftrifft und Schnee seine Funktion nicht beeinträchtigen kann. Im Sommer fällt außerdem der Wärmeüberschuss geringer aus.

Ohne übermäßigen Kostenaufwand für die Erstellung einer Anlage können in unserem Klima etwa 50% der Energie der Sonne mit einem guten Solarkollektor aufgenommen werden. Man muss aber unbedingt die Heizung einbeziehen und darf nicht nur das warme Brauchwasser mit dem Solarkollektor erzeugen. Die Kosten liegen hierfür ohne Montage unter 300 Euro/qm und der Staat gibt seit 2008 nun 105 Euro/qm dazu, wenn die Heizung eingebunden wird!

Ein Beispiel für den Wärmebedarf und den Solar-Ertrag

Wärmebedarf
und Solar-Ertrag

Die dargestellten Werte für den Wärmebedarf gelten für ein Haus nach der heute gültigen Energie-Einspar-Verordnung mit 130 qm Wohnfläche (Heizung 9.100 kWh + Warmwasser 3.600 = 12.700 kWh/a). Der Solarertrag für 24 qm Fläche beträgt bei 50 % Wirkungsgrad etwa 12.000 kWh und könnte so den errechneten Wärmebedarf decken, wenn dieser bis zum Winter gespeichert wird. Der Überschuss von Wärme im Sommer (blaue Linien) entspricht etwa dem Bedarf im Winter (schwarze Linien).

Wir speichern den solaren Überschuss vom Sommer im Wasser einer externen Zisterne. Das schützt den Solarkollektor zusätzlich und vorteilhaft vor jeglicher Überrhitzung. Zur Versorgung mit Wärme kühlen wir mit einer Wärmepumpe zuerst das Wasser der Zisterne und erzeugen Eis, sobald das Wasser auf 0° abgekühlt ist. Im folgenden Sommer schmilzt der solare Überschuss zuerst das Eis und erwärmt danach das Wasser. So brauchen wir uns um den Wärmeverlust vom Frühjahr zum Sommer keine Sorgen zu machen. Auch der Verlust vom Sommer bis zum Herbst hält sich in engen Grenzen.

Heute ist es üblich für die solare Versorgung mit Warmwasser meistens eine Solarfläche von 6 qm zu nutzen. Doch aus der Grafik ist ersichtlich, dass der Wärmebedarf der Heizung in der Übergangszeit und im Sommer beachtlich ist und deshalb binden wir diese mit ein. So können mit 12 bis 18 qm Solarfläche und einem Speicher von 3.000 bis 4.000 Litern Inhalt dann etwa 40% des Wärmebedarfs durch die Sonne gedeckt werden. Wichtig ist dabei der größere Speicher, um wenigstens einige kältere Tage überbrücken zu können. Ein heute oft dafür verwendeter 800-Liter-Speicher ist bereits nach wenigen Stunden leer!

Wollte man die gesamte benötigte Wärme vollständig durch die Sonne abdecken, wäre durch die zeitliche Verschiebung von Verfügbarkeit und Bedarf eine Solarfläche von etwa 48 qm und ein Wärmespeicher mit 60 bis 80 cbm Inhalt erforderlich. Aus Kostengründen beschränken wir uns deshalb auf eine 50 %-ige solare Deckung und setzen für den fehlenden Rest unsere Wärmepumpe ein.

Die Montage vom Solarkollektor

Da wir größere Kollektorflächen als heute üblich empfehlen, bietet sich hierfür eine Montage mit einem Kran an. Die Bilder zeigen, wie einfach das bei einer Fläche von 8 qm (4 m x 2 m) geht - ggf. auch größer!

 
Kranmontage Bild1 Kranmontage Bild2 Kranmontage Bild3
Das Dach für den Kollektor Zuerst Ziegel entfernen Kollektor aufnehmen
 
Kranmontage Bild4 Kranmontage Bild5 Kranmontage Bild6
Kollektor schwebt ein Kollektor einsetzen Kollektor anschließen
 

Natürlich muss noch die Blecheinfassung angebracht und der Kollektor angeschlossen werden. Doch das ist ebenfalls schnell erledigt und der Kollektor ist danach betriebsbereit.


Wichtig: Die Nutzung von Solarenergie auch für die Heizung

  1. Es geht um die Nutzung von Solarenergie auch für die Heizung, weil deren Anteil von März bis Oktober meistens doppelt so hoch ist, wie der für das warme Brauchwasser.
  2. Bei vielen Gebäuden kann durch die bessere Nutzung von Solarenergie die Anforderung der neuen Energie-Einspar-Verordnung ( EnEV ) ohne größere Baumaßnahmen erfüllt werden.
  3. Die von der Solarenergie nicht zur Verfügung zu stellende Wärme kann durch Öl, Gas, Holz, Pellets oder besonders vorteilhaft durch das solar vorgewärmte Wasser mit einer Wärmepumpe erzeugt werden.
  4. Unser neues Wärmepumpenkonzept können Sie außerhalb des Hauses in einem kleinen Gartenhäuschen unterbringen und dadurch Platz im Keller für andere Dinge gewinnen.
  5. Die gesamte durch den Solarkollektor aufgenommene Wärme wird genutzt. Die höhere Temperatur im Wärmespeicher, die niedrigere Temperatur und der Überschuss in dem Niedertemperaturspeicher.
Die Umsetzung neuer Ideen erfordert eine gute fachliche Qualifikation und sorgfältige Ausführungen!
Bitte denken Sie stets daran!

Mailkontakt: : Dipl.-Ing. W.Hesse

Ing.-Büro: Dipl.-Ing. Winfried Hesse Thumseestr. 8 c, 83435 Bad Reichenhall

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