Solaranlagen: Lieber einmal in der Sonne, als ständig hinterm Mond!

Alles Gute kommt von oben.

Im Gegensatz zu den fossilen Brennstoffen Gas und Öl kann Sonnenenergie unbegrenzt und kostenlos geerntet werden. Vorausgesetzt, Sie können auf ein effektives Solarwärme-System zugreifen, das die Energie der Sonne für Sie nutzbar macht.

Solarkollektoren für Warmwasser in China, Quelle: Wikipedia

Das Grundprinzip:

Der Hauptbestandteil eines Solarkollektors ist der Absorber, der die Sonnenenergie aufnimmt und an eine im Solarkreislauf zirkulierende Flüssigkeit abgibt. Da sich dieser Absorber erwärmt, strahlt er selbst wieder einen Teil seiner Energie ab. Verluste entstehen außerdem durch so genannte Konvektion, bei der Luftströmungen einen Teil der Wärme mitnehmen. Um die Konvektion einzudämmen, verlegt man den Absorber in ein Gehäuse mit Glasdeckel.
Beim Glas ist auf niedrige Reflektionsverluste zu achten. Auf beiden Seiten beschichtetes Spezialglas lässt bis zu 96 % der Sonnenenergie hindurch. Wärmeverluste über das Gehäuse vermindert man durch eine Dämmschicht auf der Rückseite und auf den Seiten des Gehäuses. Die Wärmeabstrahlung wird versucht über einen „selektiv“ beschichteten Absorber einzudämmen. Er soll möglichst viel Sonneneinstrahlung aller Wellenlängen aufnehmen, aber möglichst wenig der langwelligen Temperaturstrahlung wieder abgeben.
Die Wärmeverluste steigen mit höheren Temperaturen des Kollektors: Ab einem bestimmten Temperaturunterschied gegenüber der Umgebungstemperatur strahlt der Kollektor so viel Wärme ab, wie er aufnimmt. Je besser der Kollektor gedämmt ist, desto höhere Temperaturen können erreicht werden.

Man unterscheidet zwei Bautypen: Flachkollektoren (Rücklauftemperaturen bis etwa 80 Grad Celsius) und die effektiveren Vakuumröhrenkollektoren (bis etwa 120 Grad)

Bei Flachkollektoren dient ein flaches, schwarz beschichtetes Kupferblech als Absorber. Auf der Rückseite sind kupferne Leitungen eingepresst oder aufgeschweißt, die direkt vom Wärmeträger durchströmt werden. Dieser Aufbau befindet sich in einem Gehäuse (meist aus Aluminium), das zum Beispiel mit Mineralwolle gegen Wärmeverluste gedämmt ist. Als Deckel dient eine hagelsichere Glasplatte.

Vakuum-Röhrenkollektor: So geht das!

Die Vakuumröhrenkollektoren bestehen dagegen aus mehreren evakuierten Glasröhren mit innen liegendem Absorber. Dieses Thermoskannenprinzip hält die Wärmeverluste minimal, denn das Vakuum ist ein schlechter Wärmeleiter. Daher können mit Vakuumröhrenkollektoren weit höhere Temperaturen erreicht werden als mit Flachkollektoren und sie sind effizienter in den Übergangszeiten. Darüber hinaus liefern sie bei gleicher Fläche bis zu 40 % mehr Ertrag.

Funktionsprinzip eines Vakuum-Röhrenkollektors, Quelle: PARADIGMA



Der größte Teil der thermischen Solaranlagen arbeitet mit einer Wärmeträgerflüssigkeit – in der Regel ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel. Das Gemisch wird auf dem Dach erhitzt und in den Speicher gepumpt, wo es über einen Wärmetauscher seine Energie an das Trink- oder Heizungswasser abgibt.

Eine Regeleinheit kontrolliert mittels Messfühler die Temperatur im Kollektor und Speicher. Ist die Kollektortemperatur höher als die Temperatur im Speicher, setzt die Steuereinheit in der „Solarstation“ die Pumpe in Gang und fördert die Solarflüssigkeit in den Speicher. Der Regler schaltet die Pumpe automatisch ab, wenn der Kollektor abkühlt und kein Ertrag so erwarten ist, weil zum Beispiel Wolken oder Nebel die Erwärmung des Kollektors behindern.
Einige Hersteller setzen inzwischen nicht mehr auf ein Frostschutzgemisch als Wärmeträgermedium, sondern auf reines Wasser. Das hat den Vorteil, dass der Austausch des Frostschutzmittels entfällt. Die Frostschutzsicherheit muss alle paar Jahre überprüft werden und gegebenenfalls muss die Solarflüssigkeit getauscht werden. Darüber hinaus müssen die Pumpen bei einer reinen Wasseranlage weniger leisten, da Wasser nicht so zähflüssig ist wie Frostschutzmittel.