Solaranlagen

thermische Solaranlage

thermische Solaranlagen (Solarkollektoren) verwandeln Sonnenlicht effizient in thermische Energie. Der Wirkungsgrad ist umso besser, je näher die Kollektortemperatur an der Umgebungstemperatur liegt, da thermische Verluste kleiner werden. Moderne Solarkollektoren sind mit effizienten selektiven Absorbern ausgestattet: diese absorbieren den grössten Teil des Sonnenlichts (ca. 97% der kurzwelligen Solarstrahlung) und emittieren nur sehr wenig im Bereich der langwelligen (Infrarot-) Strahlung. Von der Bauart her unterscheidet man zwischen

• verglaste Flachkollektoren: dies ist die am häufigsten eingesetzte Bauart. In einem gedämmten Gehäuse ist der Absorber eingebaut und mit einem reflexionsarmen Glas abgedeckt. Diese Bauart kann als Aufdach oder Indach-Lösung eingebaut werden. Es ist sogar möglich, die Kollektorform der Dachgeometrie anzupassen (z.B. trapezförmiger Kollektor). Flachkollektoren haben ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis und eine lange Lebensdauer.
• Vakuum-Röhrenkollektor: das Absorberblech ist in einer vakuumierten Glasröhre eingebaut. Das Vakuum dient zur effizienten Dämmung. Diese Kollektorbauart ist etwas effzienter als Flachkollektoren, vor allem im Bereich höherer Temperaturen. Wegen dem höheren Preis werden Vakuum-Röhrenkollektoren weniger eingesetzt. Eine Vakuum-Röhrenanlage kann Sinn machen, wenn hohe Temperaturen von der Solaranlage gefordert sind oder spezielle Einbaubedingungen vorliegen. So kann ein Röhrenkollektor z.B. waagrecht oder senkrecht eingebaut und die Absorber in den Röhren auf einen idealen Anstellwinkel gedreht werden.
• unverglaster Absorber: diese Solarkollektoren können Energie nur auf tiefem Temperaturniveau liefern, da der Wirkungsgrad mit steigender Differenz Kollektortemperatur-Umgebungstemperatur stark abnimmt. Der ideale Einsatzzweck ist die Beheizung eines Schwimmbads oder als Wärmequelle für eine Sole/Wasser-Wärmepumpe; resp. für die thermische Regeneration einer Erdsondenanlage. Korrekt eingesetzt kann der Wirkungsgrad sogar über demjenigen eines verglasten Kollektors liegen, da diese Bauart keine optischen Reflektionsverluste aufweist und je nach Betriebstemperatur sogar Wärme aus der Umgebung gewinnen kann, wenn die Kollektortemperatur unter derjenigen der Umgebung liegt (Kollektor als Wärmequelle für eine Wärmepumpe).

Dimensionierung der thermischen Solaranlage

Die korrekte Fläche einer Solaranlage richtet sich nach dem Einsatzzweck:

• für die reine Warmwasseraufbereitung werden ca 1.5 bis 2 m²/Person Kollektorfläche benötigt. Damit kann über das ganze Jahr gesehen, ca. 60% der Warmwasserenergie abgedeckt werden
• ein sehr effizienter Einsatzzweck ist die Warmwasser-Vorwärmung. Die Fläche der Solaranlage ist dabei knapp dimensioniert, ca. 0.5 bis 1 m²/Person. Das Warmwasser wird mit der thermischen Solaranlage vorgewärmt und über den Haupt-Wärmeerzeuger auf die gewünschte Warmwassertemperatur gebracht. Da diese Anlagen mit tieferen Temperaturen betrieben werden und selten oder nie stagnieren, resultiert ein hoher spezifischer Wärmeertrag. Idealer Einsatzzweck: Mehrfamilienhäuser, Siedlungen, Sportanlagen und Anlagen mit hohem Warmwasserverbrauch
• für die Warmwasseraufbereitung und Heizungsunterstützung wird eine grössere Kollektorfläche und ein geeignetes Speicherkonzept benötigt. Ein Kombienergiespeicher eignet sich ideal für die Integration einer heizungsunterstützenden Solaranlage. Die Kollektorfläche richtet sich nach dem gewünschten solaren Deckungsgrad und nach dem Wärmebedarf des Gebäudes. Anlagen mit Heizungsunterstützung haben in einem Einfamilienhaus typischerweise Flächen von 10 bis 20m².

Wichtig ist auch die korrekte Dimensionierung des Speichers bezüglich Inhalt und die richtige hydraulische Einbindung anderer Wärmeerzeuger wie Wärmepumpen. Thermische Solaranlagen gewinnen Wärmeenergie mit hoher Effizienz von 40 bis 60% direkt aus dem Sonnenlicht und helfen, unabhängig(er) von anderen Energieträgern zu werden.

Beispiele von thermischen Solaranlagen

Photovolatikanlage

Mit einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) kann aus Sonnenlicht direkt Elektrizität erzeugt werden. Die Vorteile einer PV-Anlage sind

• einfache Installation (vor allem die Aufdach-Montage)
• produzierte Elektrizität kann selbst verbraucht werden und Überschuss in Netz eingespiesen werden
• im Gebäude wird nur wenig Platz für den Wechselrichter benötigt. Weitere Komponenten (wie ein thermischer Speicher bei einer thermischen Solaranlage) sind nicht (unbedingt) notwendig.

Solarmodule wandeln ca. 20% der Solarenergie in Elektrizität um. Der Wirkungsgrad ist dabei umso höher, je tiefer die Temperatur der Solarmodule ist. Deshalb muss darauf geachtet werden, dass die PV-Module gut gekühlt werden: bei einer Aufdach-Anlage ist durch den Abstand zur Dachfläche eine rückseitige Kühlung durch eine Luftdurchströmung gegeben. Bei der Indachmontage muss durch eine geeignete Hinterlüftung mit widerstandsarmen Ein- und Ausströmöffnungen für eine gute Luftzirkulation unter den Modulen gesorgt werden.

Im Gegensatz zur Wärmeenergie (tiefer Temperatur) weist elektrische Energie eine hohe Wertigkeit auf , d.h. sie kann leicht in andere Energieformen umgewandelt werden. Wenn elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt werden soll, muss dies mit einer Wärmepumpe geschehen. Würde Elektroenergie in einem Heizeinsatz in Wärme umgewandelt, wäre dies sehr ineffizient: in einer Wärmepumpe entstehen aus 1kWh Elektrizität 3 bis 4 kWh Wärme, in einem Elektroeinsatz kann aus 1kWh Elektrizität nur 1kWh Wärme erzeugt werden.

Elektrische Stromspeicher sind teuer, Deshalb ist es sinnvoll, zur Steigerung des Eigenverbrauchs eine Wärmepumpe mit solar erzeugter Elektrizität zu betreiben. Wichtig ist dabei die regelungstechnische Kopplung der Solaranlage mit der Wärmepumpensteuerung. Lassen Sie sich von uns beraten, wenn Sie die PV-Anlage mit einer Wärmepumpe koppeln möchten.

Der Einbau von Photovoltaik-Modulen ist zwingend, wenn das Gebäude den Plusenergie-Standard erreichen soll. Auch für Sanierungen kann der Energiestandard mit dem Einbau einer PV-Anlage massgebend verbessert werden, da der Konsum von Elektrizität mit eigener Produktion ausgeglichen wird. Sie erhalten von uns eine umfassende Energieberatung mit dem GEAK (Gebäudeenergieausweis).

Kombimodule (PVT)

Kombimodule erzeugen sowohl Strom/Elektrizität als auch Wärmeenergie mit dem gleichen Modul. Diese Module werden als PVT-Module bezeichnet. Dabei kann auf der gleichen Dachfläche eine höhere Energie-Ausbeute erzielt werden. Kombi-Module sehen aus wie herkömmliche PV-Module, haben aber auf der Rückseite einen Absorber zur Nutzung der thermischen Energie. Wärme wird dabei auf vergleichsweise tiefem Temperatur-Niveau erzeugt. Ideale Voraussetzung ist ein hoher Wärmebedarf im Sommer auf einem tiefen Temperaturniveau. Eine PVT-Anlage kann somit eingesetzt werden für die Schwimmbaderwärmung, Regeneration von Erdsonden, Warmwasservorwärmung, Quelle für eine Wärmepumpe. Auch die Unterstützung der Raumheizung ist möglich, wenn diese mit sehr tiefen Temperaturen arbeitet.

Durch das Kühlen der Module kann der Wirkungsgrad der Photovoltaik noch gesteigert werden!

Beispiele von PVT Solaranlagen

» Beispiele (Referenzen) von Solaranlagen