Solarthermie ist wohl der Inbegriff erneuerbarer Energien und sorgt für warmes Wasser ganz ohne Einsatz von fossilen Brennstoffen oder elektrischen Heizungen.
Erneuerbare Energien sind schon länger ein großes Thema, aber es hat ein Umdenken stattgefunden und Menschen machen sich mehr Gedanken darüber, wie sie Kosten sparen und dabei gleichzeitig die Umwelt schonen können.
Die Solarheizung funktioniert ähnlich wie Solarzellen durch Sonnenenergie, nur mit dem Unterschied, dass die von der Sonne ausgestrahlte Wärme direkt zum Erwärmen des Heizungskreislaufs genutzt wird und nicht in elektrische Energie umgewandelt wird.
Dabei plant man die Anlagengröße auf Basis verschiedener Aspekte:
- wie groß ist das Haus?
- Altbau oder Neubau (Niedrigenergiehaus oder Passivhaus)?
- wie groß ist die nutzbare Dachfläche?
- wie viele Wohnungen gilt es zu beheizen?
- wie viele Personen bewohnen das Haus?
- sollen Solarkollektoren die ganze Warmwasserversorgung darstellen oder als Heizungsunterstützung fungieren?
Sind diese Fragen geklärt, geht es um die Auswahl der idealen Anlagenart.
Es gibt unterschiedliche Typen von Kollektoren:
- solarthermische Kollektoren ohne Konzentration der Sonnenstrahlen
- solarthermische Kollektoren mit Konzentration der Sonnenstrahlen
- Kupferrohre auf dem Dach zur direkten Erwärmung des Brauchwassers
Zum ersten Typ gehören Flachkollektoren, bei denen direkt über die Sonneneinstrahlung eine flache, wärmeabsorbierende Fläche und somit das in Röhren befindliche Wärmeübertragungsmedium erwärmt wird. Als Wärmeträgermedium wird meist ein 60:40-Wasser-Propylenglykol-Gemisch eingesetzt. Dadurch erhält man eine Frostbeständigkeit bis -23°C, ohne dass sich das Volumen erhöht und eine sogenannte „Frostsprengung“ droht. Dadurch ist auch eine Siedetemperatur von maximal 150°C möglich. Inzwischen wird das bisher übliche Dämmmaterial von einer Bauweise mit Vakuum-Isolierung abgelöst, um bisherige Wärmeverluste zu minimieren und den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Ebenfalls zum ersten Typ gehören Vakuumröhrenkollektoren. Diese bestehen aus zwei konzentrisch ineinander gebauten Glasröhren, zwischen denen sich ein Vakuum befindet. Dieses lässt Strahlungsenergie des Lichts zum Absorber durch, aber der Verlust wird auf ein Minimum reduziert, um das maximale aus der Anlage zu holen. Das in der inneren Röhre befindliche Wärmeträgermedium (Wasser-Diethylenglykol-Gemisch) wird über Pumpen zum Keller transportiert, in dem sich üblicherweise die Wärmespeicher befinden.
Der 2. Typ arbeitet grundsätzlich mit Reflektoren ähnlich einem Brennspiegel, um die auf den Kollektor treffenden Sonnenstrahlen maximal nutzen zu können. Es gibt gleich zwei Effekte:
- möglichst viel der einstrahlenden Energie wird genutzt, ohne dass Streuverluste durch Erwärmung der darunter befindlichen Ziegel erfolgen
- kleinere Kollektoren können denselben Wirkungsgrad erreichen wie größere und somit effektiv noch mehr Kosten sparen
Wie bei Typ 1 gibt es Vakuumkollektoren, die in diesem Fall aber Reflektoren verbaut haben oder so dicht gepackt sind, dass die Strahlenwirkung auf das Wärmeträgermedium konzentriert wird. Die Konzentration soll die Effizienz der Vakuumabsorber erhöhen und gleichzeitig soll der Zeitpunkt der Energienutzbarkeit schneller erreicht werden, um länger und energetisch effektiver die höhere Temperatur ausnutzen zu können. Diese Systeme müssen regelmäßig gereinigt werden, um die optimale Effizienz zu erhalten.
Zu 2.) gehören auch Parabolinnenkollektoren und Solartürme. Parabolinnenkollektoren fokussieren Sonnenstrahlen auf ölgefüllte Absorberleitungen, bei denen das Wärmeträgermedium Temperaturen von 200-500°C erreichen kann.
Bei Solartürmen folgen Flachkollektoren dem Sonnenverlauf und konzentrieren so das Sonnenlicht auf die Turmspitze. Durch diese Methode entstehen Temperaturen von mehr als 1000°C. Geeignete Wärmeträgermedien sind Luft, Öle oder flüssiges Natrium.
Typ 3 sind Kupferrohre, die direkt das Brauchwasser erhitzen und als „offenes System“ bezeichnet werden. Ihre Effizienz ist nicht vergleichbar mit denen von Typ 1 und 2, aber für kleine Haushalte oder zur Heizungsunterstützung durch Vorwärmung durchaus profitabel.