solarlexikon - Solarfreunde Moosburg

SOLARLEXIKON
Absorber
(lat.: Aufnehmer) Der wichtigste Teil des Kollektors nimmt die einfallende
Sonnenstrahlung über eine Trägerflüssigkeit (Wasser + Frostschutzmittel) auf. Diese
wird erwärmt und zirkuliert zwischen Kollektor und Speicher. Ein hoher Wirkungsgrad
wird durch die Verwendung schwarzer Absorber oder, noch besser, durch selektive
Beschichtung erreicht.
Absorption
Im Absorber wird die einfallende Strahlung von einer Flüssigkeit oder einem Gas
aufgenommen (absorbiert) und in Wärme umgewandelt. Die so gewonnene Energie
wird über den Solarkreis zum Speicher oder anderen Wärmeabnahmestellen
transportiert. Selektive Beschichtungen aus Schwarzchrom oder -nickel reduzieren die
Abstrahlverluste: Die kurzwelligen Sonnenstrahlen dringen zum Absorberboden ein, die
langwelligen Wärmestrahlen, die der Absorber an die Umgebung abgibt, werden jedoch
minimiert. Selektiv beschichtete Absorber weisen Abstrahlverluste von 10 - 40 % auf.
Bei nur geringen Einbußen des Wirkungsgrades können für die Beschichtung auch
Farben wie Gold oder Blau verwendet werden.
Absorber mit angelöteter Kupferleitung
Azimutwinkel
Zur effektiven Nutzung der Sonnenstrahlung werden Module und Kollektoren so
ausgerichtet, dass die solare Ernte möglichst groß ausfallen kann. Hierbei spielen
neben dem Einfallswinkel der Sonne auch der "Azimutwinkel" und der Neigungswinkel
der Module bzw. Kollektoren eine Rolle. Der Azimutwinkel (ß , im Bild rechts) gibt an,
wie viel Grad die Flächen von Modul oder Kollektor von der exakten Südausrichtung
abweichen. Der Neigungswinkel (a) betrifft die Abweichung von der Horizontalen.
Untersuchungen belegen, dass Solaranlagen mit einem Azimutwinkel von etwa 0° und
einem Neigungswinkel um 30° optimal ausgerichtet sind. Doch kleinere Abweichungen
sind nicht unbedingt problematisch: Bei der Orientierung nach Südost oder Südwest
können noch immer rund 95 % der möglichen Ernte eingefahren werden. Größere
Anlagen werden zur Steigerung der Erträge mit Elektromotoren der Sonne nachgeführt.
Siehe auch Nachführung.
Azimutwinkel (ß) und Neigungswinkel (a)
Drain-Back-System (DBS)
Eine Solarregelung mit DBS (drain-back, engl.: Rückentleerung) sorgt für die
automatische Entleerung des Solarkreislaufs, wenn die Anlage abgeschaltet wird oder
die Kollektortemperatur außerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs liegt. Die
Umwälzpumpe schaltet sich ab, und das Wasser fließt in einen Auffangbehälter. Durch
ein solches Drain-Back-System werden sowohl das Einfrieren als auch die Überhitzung
der Anlage vermieden. Der Einsatz von Chemikalien - z.B. Glykol - als Frostschutz
erübrigt sich so.
Grafik: Funktionsprinzip eines Drain-Back-Systems:
1. Schaltdifferenz überschritten, Wärmegewinne möglich, Pumpe in Betrieb.
2. Schaltdifferenz unterschritten, Pumpe abgeschaltet.
Energetische Amortisation
(Energierücklaufzeit oder auch Erntefaktor)
Die Zeitspanne, die eine Solaranlage benötigt, um soviel Energie zu erzeugen, wie für
ihre Herstellung benötigt wurde. Marktübliche thermische Solaranlagen amortisieren
sich nach etwa 4 Jahren - ihre geschätzte Lebensdauer liegt zwischen 25 bis 30
Jahren. Die Energierücklaufzeiten von Photovoltaikanlagen sind vergleichbar: PVAnlagen auf der Basis von amorphem Silizium haben laut einer Studie der TU Berlin
eine energetische Amortisationszeit von 17 bis 41 Monaten. Kraftwerke, die mit fossilen
Brennstoffen betrieben werden, können sich nicht energetisch amortisieren, da ständig
weitere Brennstoffe verbraucht werden.
Energiebilanz
Energiebilanzen sind die rechnerische Grundlage für einen möglichst rationellen
Einsatz von Energie. Dabei wird der Aufwand an Primärenergie der letztlich
verfügbaren Nutzenergie gegenübergestellt. Energiebilanzen können auf errechneten
oder tatsächlich gemessenen Werten beruhen. Sie sind immer auf ein konkretes Objekt
oder eine bestimmte Anwendung bezogen.
Die Energiebilanz für eine thermische Solaranlage wird nach folgendem Schema
erstellt: Die Sonneneinstrahlung wird mit 100 % angesetzt. Davon gehen 20 % durch
Reflexion verloren. Weitere 30 % verbraucht der Kollektor selbst durch Aufheizung und
Abstrahlung. 15 % entfallen durch Wärmeverluste im Solarkreislauf, im Speicher und in
der Brauchwasserverteilung. Die nutzbare Energie, auch als Systemwirkungsgrad
bezeichnet, liegt dann bei 35 %.
Für Gebäude verlangt die Wärmeschutzverordnung eine Energiebilanz. Sie ermittelt
den theoretischen Heizwärmebedarf. Er setzt sich zusammen aus dem Wärmebedarf,
der durch Außenwände, Fenster und Dach verloren geht und dem
Lüftungswärmebedarf. Abgezogen werden davon interne Wärmegewinne (Körper- und
Gerätewärme) und solare Wärmegewinne (Einstrahlung durch Südfenster).
Die vorab errechneten Energiebilanzen weichen häufig stark von den tatsächlich
gemessenen ab. Bei Gebäuden liegt dies meist am individuellen Nutzerverhalten. Bei
sehr komplexen Energiebilanzen, beispielsweise für Volkswirtschaften oder einzelne
Energieträger, werden wichtige Faktoren manchmal nicht beachtet.
Die Nutzung von Solarenergie ist in jeder Energiebilanz von Vorteil, denn die
Energiequelle steht kostenlos zur Verfügung.
Erneuerbare Energien
Sammelbegriff für diejenigen Energiequellen, die nach menschlichen Zeitmaßstäben
unendlich lange zur Verfügung stehen: Sonnenenergie, Erdwärme, Gezeitenkraft und
Biomasse.
Energie für die Zukunft
Flachkollektor
Bei diesem Kollektortyp ist der Absorber in einem flachen, wärmegedämmten Gehäuse
untergebracht, das mit einer Glasplatte verschlossen wurde. Flachkollektoren sind
meist nicht evakuiert, so daß Wärmeverluste durch den Transport von Luft entstehen.
Ihre Produktionskosten und somit die Preise sind deutlich niedriger als die der VakuumRöhrenkollektoren.
Schnitt durch einen Flachkollektor
Geschichte der Solarenergie und Solartechnik
Die Wertschätzung der Solarenergie reicht weit zurück: In nahezu allen Kulturen, von
den Ägyptern bis in die Neuzeit, findet sich ein mehr oder weniger ausgeprägter
Sonnenkult. Erste Ansätze passiver Nutzung sind bereits in der Architektur der alten
Ägypter, in Mesopotamien und den frühen südamerikanischen Hochkulturen zu
entdecken. Die aktive Nutzung der Sonnenenergie ist jedoch eine Errungenschaft der
Neuzeit.
Henry Becquerel, ein französischer Physiker, entdeckte 1839 den Photoeffekt und
schuf so die Voraussetzungen für die Solarzellen von heute. Ende des 19.
Jahrhunderts baute Charles Fritts so genannte Vakuum-Fotozellen mit aufgedampfter
Selen-Schicht. Diese wurden als Belichtungsmesser eingesetzt. Solarzellen aus
Silizium sind noch recht neu: Sie wurden in den 50er Jahren des 20.Jahrhunderts von
dem US-Konzerns Bell hergestellt und wiesen einen Wirkungsgrad von 6% auf. In den
letzten Jahrzehnten wurde die Photovoltaik stetig weiterentwickelt, besonders im
Umfeld der Raumfahrt-Technologie.
Das Prinzip der Solarthermie wird seit langem angewandt: Brenn- und Hohlspiegel gab
es schon in der Antike. Im 18. Jahrhundert erfand der Naturforscher Horace-Bénédict
de Saussure die Vorläufer der heutigen Solar-Kollektoren. Die günstigen Preise fossiler
Energieträger und die verbreitete Skepsis bezüglich der Sonneneinstrahlung in
Mitteleuropa waren bis in die 70er Jahre Gründe für deren geringe Verbreitung. Seit der
ersten Ölkrise entwickelt sich die solare Warmwasserbereitung und
Heizungsunterstützung zum Standard umweltbewussten Bauens.
Solare Stromversorgung in All: Die Internationale
Raumstation (ISS), Modul "Swesda"
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).
Globalstrahlung
Bezeichnet die auf eine horizontale Fläche auf der Erde treffende Sonneneinstrahlung.
Sie setzt sich aus der direkten Strahlung und der Reflektionsstrahlung (z.B. von
Schneefeldern) zusammen.
Indach-Montage
Die Solarmodule bzw. Kollektoren werden in die Dachhaut integriert.
Integration eines Flachkollektors - Montage.
Kollektor
wandelt mittels eines Absorbers die Sonnenstrahlung in Wärme um, die für Heizung,
Brauchwassererwärmung oder thermische Lüftung genutzt werden kann.
Sonnenkollektoren sind neben Speicher und Regelung die wichtigste Komponente
einer thermischen Solaranlage.
Konversion
Umwandlung von Energie, z.B von Licht in Wärme (Solarthermie).
Ein einfaches Beispiel aus der Solarthermie: Ein Schwimmbad wird solar erwärmt, das Wasser wird als
Trägermedium genutzt. Eine (elektrische) Pumpe sorgt für die Zirkulation.
Low-Flow-System (Solarthermie)
In sogenannten Low-Flow-Systemen (low-flow, engl = langsam fließen) zirkulieren
weniger als 25 Liter Wärmeträgerflüssigkeit pro m2 Kollektorfläche (high-flow= 50-60
Liter). Ermöglicht wird die Verringerung der Umwälzmenge durch leistungsfähigere
Kollektoren: Geringere Wärmeverluste erlauben höhere Temperaturdifferenzen
zwischen Kollektor und Speicher - es muss weniger Flüssigkeit transportiert werden,
um die gleiche Menge an Energie zu den Wärmeabnahmestellen zu führen.
Nahezu alle thermischen Solaranlagen, die dem heutigen Stand der Technik
entsprechen, können als Low-Flow-Systeme genutzt werden, leistungsfähige Bauteile
erlauben eine deutliche Reduktion der Umwälzmenge (Vgl. Müller, F.U.: Thermische
Solaranlagen, 1997). Auf dem Markt werden aber auch spezielle Anlagen mit eigens
optimierten Speichern und Wärmetauschern angeboten.
Vorteile der Low-Flow-Systeme: Dünnere und somit billigere Steigleitungen können
verlegt werden. Diese verlieren ebenfalls weniger Wärme und senken zusammen mit
dem geringeren Füllinhalt die Gesamtkosten der Solaranlage.
Luftkollektoren
In Luft- oder Warmluftkollektoren wird anstelle einer Trägerflüssigkeit Luft als
Transportmedium
Verwendet- Die Sonnenenergie wird in Behältern gespeichert, die z.B. mit Kies gefüllt
sind. Vorteile bietet diese Lösung durch den Wegfall von Korrosionsproblemen, im
Gegensatz zu den Wasserkollektoren entfallen auch die Probleme Einfrieren bzw.
Überhitzung. Luft ist ein schnell reagierendes Trägermedium und das Speichermedium
Stein ist günstig zu erwerben. Dennoch sind solche Kollektoren wegen der geringen
Speicherkapazität der Luft nicht sehr weit verbreitet. Probleme bereitet auch die
Regulierung von Solaranlagen mit Luftkollektoren.
Optimale Ausrichtung einer Solaranlage
Eine Solaranlage sollte nach Süden ausgerichtet sein, muss aber nicht unbedingt exakt
in Südrichtung montiert werden. Auch wenn Sonnenkollektoren auf einem Dach
montiert werden, das bis zu 30° von der Südausrichtung abweicht, führt dies nur zu
geringen Einbußen. Die Kollektoren können im Bereich von 20° bis 60° geneigt sein.
Kleinere Neigungswinkel erhöhen die Energieausbeute im Sommer, bei größeren
Neigungswinkeln ist die Ausbeute im Winter höher.
Im Idealfall sind Solaranlagen nach Süden ausgerichtet.
Passive Solarenergienutzung
Das Haus selbst oder Teile davon werden als Kollektor genutzt. Typisches Beispiel ist
der verglaste Wintergarten. Die Glashülle verhindert Wärmeverluste des beheizten
Gebäudeteils und trägt so zur Reduzierung des Energieverbrauchs bei. Die durch die
Sonne erwärmte Luft kann beim Lüften über den Wintergarten zur Raumheizung
genutzt werden.
Prinzipskizze eines Wintergartens
Regenerative Energien
Als regenerative oder erneuerbare Energien bezeichnet man die Energiequellen oder
Energieträger, die sich auf natürliche Weise in menschlichen Zeitmaßstäben erneuern.
Sie stehen im begrifflichen Gegensatz zu fossilen (Kohle, Erdöl, Ergas) und atomaren
(Uran) Energieträgern, die sich im Laufe von Jahrmillionen in geologischen Prozessen
gebildet haben. Die Erdwärme kann zwar nicht zu den regenerativen Energien gezählt
werden, ihre Nutzung wird ihnen aber gleichgestellt.
Regenerative Energien sind auf die Sonnenstrahlung zurückzuführen: Wind,
Wasserkraft und Biomasse. Die Sonnenstrahlung wird direkt durch Kollektoren
gewonnen, Wind durch Rotoren, Wasserkraft durch Strömungs- und
Gezeitenkraftwerke. Energie aus Biomasse wird durch Verbrennung (Holz) oder
Vergärung bzw. Vergasung (Silage, Gülle) gewonnen.
Regenerative Energien stehen überall zur Verfügung und können in einem den
jeweiligen Verhältnissen angepassten Energie-Mix genutzt werden. Dies ist ökologisch
sinnvoll, sozial verträglich und fördert die wirtschaftliche Flexibilität und Innovation. Das
seit April 2000 in Deutschland gültige Erneuerbare-Energien-Gesetz hat zum Ziel, den
Anteil regenerativer Energien am gesamten Energieverbrauch bis zum Jahre 2010 zu
verdoppeln.
Schwerkraftanlage
Normalerweise kommt der Kollektor aufs Dach und der Speicher in den Keller. Das
bedeutet, dass eine Umwälzpumpe die Trägerflüssigkeit vom Speicher zum Kollektor
transportieren und den Solarkreislauf in Gang halten muss.
Schwerkraft-Anlagen funktionieren anders: Hier wird auch der Speicher auf dem Dach
oder unter dem Dach montiert - auf jeden Fall aber oberhalb des Kollektors. So wird es
möglich, die Schwerkraft für den Solarkreislauf zu nutzen.
Das Prinzip ist ganz einfach: Die Strahlung der Sonne erwärmt im Kollektor die
Solarflüssigkeit, deren Dichte mit der Erwärmung abnimmt. Sie wird leichter und steigt entsprechend dem Gesetz der Schwerkraft - in den Leitungen nach oben. Eine
zusätzliche Pumpe erübrigt sich. Auch auf die Regelung kann verzichtet werden, denn
die Sonne steuert den Fluss des Trägermediums: Scheint sie, steigt die erwärmte
Trägerflüssigkeit in den Steigleitungen nach oben. Dort heizt sie den Speicher, in dem
sich das Brauchwasser befindet, über einen großflächigen Mantel-Wärmetauscher auf.
Die abgekühlte Solarflüssigkeit fließt wieder zum Kollektor zurück - der Kreis schließt
sich.
Skizze einer Schwerkraftanlage
Selektive Beschichtung
Um Verluste durch Wärmeabstrahlung zu vermindern, sind hocheffiziente Absorber mit
einer selektiven Beschichtung aus Schwarzchrom oder Schwarznickel versehen. Diese
ermöglicht die Aufnahme eines hohen Anteils der kurzwelligen Sonnenstrahlung und
deren Umwandlung in Wärme – gleichzeitig wird die Emission (Abstrahlung) der
langwelligen Wärmestrahlung des Absorbers beträchtlich reduziert.
Solararchitektur
Die Solararchitektur integriert Elemente passiver wie aktiver Nutzung der
Sonnenenergie und kombiniert diese mit Maßnahmen zur Vermeidung von
Wärmeverlusten. Ziel: Niedrig-, Nullenergie- oder Plusenergiehäuser.
Umfassende Informationen zur Geschichte des solaren Bauens: Sol Power.
Prestel Verlag
Solare Kühlung
Herkömmliche Klimaanlagen und Kühlschränke arbeiten mit elektrisch betriebenen
Kompressoren, die einen um so höheren Energiebedarf haben, je wärmer die zu
kühlende Luft ist. Die Grundidee solarer Kühlung besteht darin, die „überschüssige“
Sonnenenergie zur Kühlung von Gebäuden oder Geräten gerade in der heißen
Tageszeit zu nutzen. Solare Kühlung spart Strom und hat, anders als bei der solaren
Heizung, kein Speicherproblem: Der Kühlbedarf steigt und fällt nahezu zeitgleich mit
dem Angebot an Sonnenenergie.
Je nach Anwendung werden bei der solaren Kühlung verschiedene Verfahren
eingesetzt. Kühlschränke können nach dem Prinzip der Wärmepumpe oder nach
thermoelektrischen Verfahren betrieben werden. Gebäude und Räume werden gekühlt,
indem man der warmen Raumluft durch Adsorption an geeigneten Materialien Wasser
entzieht und sie damit kühlt (Verdunstungskälte). Damit die Adsorptionsmaterialien
wieder Feuchtigkeit aufnehmen können, werden sie durch Wärme getrocknet, die der
Sonnenkollektor liefert. Der gleiche Sonnenkollektor kann also im Sommer zur Kühlung
und im Winter zur Heizungsunterstützung eingesetzt werden.
Während solare Wärmegewinnung in aller Munde ist, werden die Möglichkeiten solarer
Kühlung in der allgemeinen Diskussion unterschätzt und finden sich auch kaum in der
populären Literatur in Deutschland. Zumindest in tropischen und subtropischen
Gegenden steht der solaren Klimatisierung eine große Zukunft bevor.
Solarfassaden
Sonnenenergie wird nicht nur vom Dach, sondern von der gesamten Gebäudehülle
aufgenommen. Werden alle nach Osten, Süden und Westen ausgerichteten Fassaden
eines Gebäudes zur Energiegewinnung genutzt, kann sogar aus dem Haus als
Energieverbraucher ein Energielieferant werden (Energiegewinnhaus,
Plusenergiehaus).
Solarfassaden können mit Photovoltaikmodulen, Heizkollektoren, Luftkollektoren,
Wabenluftkollektoren oder transparenter Wärmedämmung ausgestattet sein. Auch eine
großflächig vorgehängte Verglasung, wie sie zur Klimatisierung von Bürogebäuden
verwendet wird oder eine einfache Verglasung von Balkonen zu Wintergärten kann als
Solarfassade verstanden werden. Eine einheitliche Technik für Solarfassaden gibt es
nicht. Je nach Gebäude und Zielstellung ergeben sich unterschiedliche Lösungen, die
über die Fassade hinaus zumindest die Heizung, Lüftung und Klimatisierung des
Gebäudes mit einbeziehen.
Architektonisch innovative Solarfassaden findet man beim Neubau genauso wie bei der
Altbausanierung. Bekannte Beispiele sind der Freiburger Hauptbahnhof, die Stadtwerke
Göttingen oder das Haus Lambrecht in Rottenburg-Seebronn. Der weltberühmte
Architekt Sir Norman Foster stattet viele seiner Gebäude mit Solarfassaden aus.
Historische Beispiele großartiger Solarfassaden finden sich beim Straßburger Münster,
der Mirihmah-Moschee in Istanbul und dem Schloss Sanssouci in Potsdam.
Solarsiedlung Freiburg
Solarregelung
Die elektronische Regelung einer thermischen Solaranlage steuert die Umwälzpumpe.
Sie setzt diese in Gang, wenn die Temperatur in den Kollektoren höher ist als im
Brauchwasserspeicher und Wärmegewinne erzielt werden können. Liegt die
Kollektortemperatur außerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs, wird die
Umwälzpumpe abgeschaltet, z. B. wenn die Temperatur in den Kollektoren gegenüber
der Temperatur im Speicher abnimmt.
Solarthermie
Die Umwandlung von Sonnenstrahlung in direkt nutzbare Wärme. Teilgebiete sind die
passive Solarnutzung beim solaren Bauen, die Standard-Solartechnik zur Erwärmung
von Brauchwasser und zur Raumheizung und die Parabolspiegel zur industriellen
Erzeugung von Prozeßenergie und Elektrizität.
Sonneneinstrahlung
Die Sonneneinstrahlung setzt sich aus der Strahlung, die direkt von der Sonne kommt
und mehreren indirekten Anteilen zusammen. Hierzu zählen die Reflexionsstrahlung
der Umgebung, besonders stark reflektieren z.B. Schneeflächen, die Strahlung des
blauen Himmels und sonstige diffuse Strahlung. Für die genaue Berechnung der
Energie, die auf eine Fläche trifft, ist der Winkel zwischen Sonnenstrahl und Fläche
entscheidend. Dieser ändert sich je nach Tages- und Jahreszeit. Die Einstrahlung wird
durch mehrere Faktoren eingeschränkt; selbst bei strahlend blauem Himmel kommen
nur etwa 90% der gesamten Sonnenenergie an.
Karte der Bundesrepublik Deutschland: Mittlere Jahressummen der Globalstrahlung.
Deutscher Wetterdienst
Speicher
Allg.: Das Mittel (Medium) zur Überbrückung der zeitlichen Differenz zwischen
Sonneneinstrahlung und Energieverbrauch: Photovolataikanlagen speichern den
gewonnenen Strom in Akkus, thermische Solaranlagen speichern die gewonnene
Wärme nach dem Prinzip der Wärmeschichtung (warmes Wasser hat ein geringeres
spezifisches Gewicht als kaltes Wasser) in - meist stehenden - Warmwasserspeichern.
Warmwasserspeicher, Schnittzeichnung
Stirlingmotor
Der schottische Pfarrer Robert Stirling ließ 1816 einen Heißluftmotor patentieren,
dessen Antriebsenergie nicht wie beim Otto- oder Dieselmotor durch Verbrennung
innerhalb des Arbeitszylinders erzeugt wird, sondern dem Wärme als Antriebsenergie
von außen zugeführt wird. Die beiden miteinander gekoppelten Zylinder des
Stirlingmotors sind gasdicht geschlossen und mit einer konstanten Menge Arbeitsgas
(Helium) gefüllt. Ein Zylinder wird von außen erhitzt, der andere bleibt kühl. Die
Druckdifferenz zwischen beiden Zylindern treibt zwei miteinander verbundene und
phasenverschoben arbeitende Kolben an. So kann das gekühlte Gas wieder in den
heißen Zylinder geschoben werden, sich dort ausdehnen, den Kolben antreiben und so
fort.
Seit sich Forschung und Technik verstärkt mit der Nutzung regenerativer Energien
befassen, ist die alte Technik des Heißluftmotors wieder ins Blickfeld geraten. Ein
Stirlingmotor kann direkt vom Sonnenkollektor erhitzt werden oder als Motor in einem
Blockheizkraftwerk (BHKW) arbeiten, das Wärme und Strom zugleich erzeugt, arbeiten.
Er läuft sauber, geräuscharm, ruhig und wartungsfrei und erreicht schon bei einer
elektrischen Leistung ab 1 Kilowatt sehr gute Wirkungsgrade.
Bisher blieb der Heißluftmotor mehr ein Objekt für Tüftler und Bastler als für die
industrielle Anwendung. Kleinmotoren für BHKW sind ab 2002 serienmäßig lieferbar. In
Kombination mit Solaranlagen und Biomasse-Heizungen gilt der Stirlingmotor als
dezentral einsetzbares Elektrizitätskraftwerk der Zukunft.
Solarbetriebener Stirling-Motor
Tests von Solaranlagen
Kollektoren, Module, Komponenten und komplette Anlagen werden von Hochschulen,
Zeitschriften und anderen Einrichtungen untersucht. Die Ergebnisse sind auf
verschiedenen Wegen zugänglich, teils kostenlos, teils gegen Gebühr.
Die umfangreichsten Tests solarthermischer Anlagen bietet das Institut für
Solartechnik, Prüfung und Forschung (SPF) an der Hochschule Rapperswil (HSR),
Schweiz. Das SPF genießt einen internationalen Ruf als Forschungs- und Prüfinstitut.
Seit mehr als zehn Jahren arbeitet das Institut mit vier Schwerpunkten: Kollektoren,
Systeme, Materialien sowie Software zur Berechnung und Optimierung von
Kollektorsystemen.
Ökotest Sonderheft Energie 2000
Ökotest Verlag
Vakuumröhrenkollektor
Bei dieser Bauform befindet sich der Absorber in einem luftleeren (evakuierten)
Glasrohr, wodurch die Energieverluste im Vergleich zum Flachkollektor weiter reduziert
und Temperaturen bis 150 Grad Celsius erreicht werden können. Wegen des hohen
Wirkunsgrades arbeiten Vakuumkollektoren auch bei leicht bedecktem Himmel.
Vakuumröhrenkollektor
Wandheizung
Fußboden- und Wandheizungen erzeugen im Gegensatz zu den üblichen Heizkörpern
mehr Strahlungs- als Konvektionswärme. Heizkörper erwärmen den Raum durch
Umwälzung der Luft von unten nach oben und bewegen dadurch ständig Staubpartikel
und Mikroorganismen. Die Fußboden- und Wandheizungen geben hingegen
überwiegend Strahlungswärme ab. Dies wird, wie man es vom Kachelofen her kennt,
als angenehmer empfunden und ist baubiologisch sowie hygienisch vorteilhafter.
Fußboden- und Wandheizungen bestehen aus feinen, großflächig verlegten
Rohrsystemen. Sie verlaufen meist in Gipskartonplatten an den Innenwänden oder
unter dem Fußbodenbelag und müssen auf der dem Raum abgewandten Seite
wärmegedämmt sein. Weil der Installationsaufwand ist höher ist, nicht alle
Fußbodenbeläge, beispielsweise Teppichböden, geeignet sind und oft keine freie
Wandflächen zur Verfügung stehen, sind diese Heizsysteme nur wenig verbreitet.
Dabei sind Wand- oder Fußbodenheizungen energetisch deutlich vorteilhafter. Die
Raumtemperatur kann um 2-3°C abgesenkt werden, da der menschliche Körper die
Strahlungswärme sofort wahrnimmt. Vor allem aber werden Fußboden- und
Wandheizungen mit niedrigen Vorlauftemperaturen von 25 bis maximal 55°C betrieben.
Sie können somit sehr gut mit thermischen Solaranlagen kombiniert werden, die solche
Temperaturen bei ausreichender Speicherkapazität fast das ganze Jahr über erreichen.
Die Rohrsysteme der Fußboden- und Wandheizung könnten auch zur Raumkühlung
eingesetzt werden.
Wärmetauscher
Die vom Kollektor absorbierte Energie wird durch den Wärmetauscher vom Primäroder Kollektorkreislauf an einen Sekundärkreislauf (Brauchwasser, Heizung)
übertragen.
Wärmetauscher benötigen für einen hohen Wirkungsgrad eine große Fläche und einen
geringen Wärmewiderstanswert. Dies erreicht man durch spiralenförmig verlegte Rohre
aus Kupfer oder mit Rohrbündel.
Speicher mit Wärmetauscher
Zukunft
Wie die Welt in Zukunft aussieht, hängt im wesentlichen davon ab, wie wir heute mit
unserer Umwelt umgehen. Zukunft ist also nichts, was sich von alleine entwickelt.
Vielmehr hat der Mensch mit den zunehmenden Kenntnissen über die ökologischen
Zusammenhänge die Möglichkeit, aus den Fehlern der Vergangenheit zu lernen und
damit die Zukunft so zu gestalten, daß sie lebenswert bleibt. So trägt jeder einzelne
durch umweltbewußtes Verhalten zur Gestaltung der Zukunft bei. Wer den
Naturhaushalt insgesamt retten will, darf nicht darauf verzichten, die Natur vor der
eigenen Haustür und hinter dem Haus in Ordnung zu halten. Denn die kleinsten
Ursachen in der Ökologie haben große und vielfach noch unbekannte Wirkungen in der
Zukunft.