Status Quo: Solarthermie 2012 - Solarthermie auf der Intersolar Europe in München

Neben dem wirtschaftlichen Abschwung im Bau- und staatlichen Sektor werden die niedrige Sanierungsrate sowie die Konkurrenz aus der PV-Industrie für den Rückgang verantwortlich gemacht. Auch wenn die Wachstumsprognose 2012 für Europa gering ausfällt, rechnet die Generaldirektion für Energie und Verkehr der Europäischen Kommission in den nächsten zehn Jahren mit einem durchschnittlichen Wachstum von 10% pro Jahr.
Der deutsche Solarthermie-Markt ist mit 31% Marktanteil noch immer der größte innerhalb Europas. Mit einem Marktanteil von rund 84% an der weltweit installierten Kollektorfläche ist China der größte Markt für Solarthermie. Alleine im zurückliegenden Jahr betrug die Zuwachsrate 17%. Weitere stark wachsende Märkte sind die Türkei (23%), Brasilien (21%) und Indien (9%). Für 2012 wird global eine neu installierte Fläche von rund 72 Mio. m² prognostiziert. Bis 2020 soll die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate der neu installierten Kapazitäten 12% betragen.
Branchenexperten prognostizieren für den europäischen Solarthermie-Markt geringere Wachstumsraten als für den globalen. Konkret rechnet die Branche in Europa mit einem Wachstum von 5, global von 10%. Diesen Trend bestätigt auch der Solarthermieanteil auf der Intersolar in München.

Schattenmarkt Solarthermie auf der Intersolar 2012
Auf der diesjährigen Intersolar in München wurde dem Solarthermie geneigten Besucher einmal mehr klar, dass es sich hierbei im Wesentlichen um a) eine Industriemesse und b) um eine PV-Messe handelt. Bei den offensichtlich anvisierten Zielgruppen spielt der Handwerker und Planer keine wesentliche Rolle mehr. Der gesamte Solarthermiemarkt ist weitestgehend auf eine Halle komprimiert. Als Großteil der Aussteller – abgesehen von einigen Nischenanbietern – waren viele Zulieferer auszumachen, welche die Messe erstrangig zur internationalen Kontaktpflege nutzten. Dies mag auch ein Beleg dafür sein, dass an nicht wenigen Ständen kein Deutsch sondern Business-Englisch gesprochen wurde.
Auffällig waren auch die vielen Thermo-Siphon-Anlagen, die feilgeboten wurden, welche jedoch weniger für den deutschen Markt gedacht sind und mit Recht eher aus den Mittelmeerländern bekannt sind. Viele Solarthermiehersteller sehen offensichtlich keinen besonderen Grund mehr, ihre Produkte explizit auf der Intersolar vorzustellen, ihnen genügen die konventionellen Messen wie die ISH oder andere etablierte SHK-Messen.
Die Geschäftsleitung von Resol argumentiert ihren Auftritt mit der Kontaktpflege ihrer OEM-Kunden. In der Tat spielt der Hersteller von Solarreglern und Monitoringsystemen eine bedeutende Rolle auf dem internationalen Solarthermiemarkt. Der Leiter Forschung & Entwicklung von Resol, Dipl.-Ing. Guido Filler, erklärt zum Thema Monitoring von Solaranlagen: „Die Möglichkeit, eine Solaranlage mit einer Datenaufzeichnung zu versehen, ist zum Standard geworden. Die Visualisierung und der einfache Zugriff auf diese Daten sind die aktuellen Baustellen. Mittelfristig wird die Gewinnung und Darstellung (jenseits von Temperaturverläufen) von Betriebsinformationen für den Betreiber über die Qualität der Lösungen entscheiden. Langfristig ist folglich auch ein Rating von Solaranlagen denkbar. Dieses würde zu mehr Transparenz im Markt führen und die Kaufentscheidung des Endkunden für die effizienteste Anlage vereinfachen.“  

VDI Richtlinie 2169 zur Funktionskontrolle
Bald erscheint die VDI-Richtlinie 2169 „Funktionskontrolle und Ertragsbewertung bei solarthermischen Anlagen“. Sie wird Kontrollverfahren zur Überwachung und Bewertung der Anlagenfunktion und -leistung beschreiben und die Anforderungen an die entsprechenden Geräte definieren. Der „DeltaSol BX Plus“ von Resol, ein Systemregler für Solarthermie- und Heizungsanlagen, bietet schon jetzt die automatische Funktionskontrolle gemäß der neuen Richtlinie. Diese Überwachung umfasst die Beobachtung unterschiedlicher Messwerte und die Meldung eventueller Fehlerzustände wie Über- und Unterdruck, Nachtzirkulation oder einer nicht ausreichenden Durchströmung der Anlage, bzw. einzelner Komponenten.
Im Fehlerfall werden gezielt nur die betroffenen Anlagenbestandteile abgeschaltet, um weiterhin einen Solarertrag zu gewährleisten. Der „BX Plus“ überzeugt durch seine intuitive Menüführung und die leicht verständliche 7-Tasten-Bedienung. Alle notwendigen Parameter, die zahlreichen vorprogrammierten Wahlfunktionen sowie die Funktionskontrollen können so ganz einfach eingestellt werden. Der integrierte SD-Karteneinschub ermöglicht es, Anlagendaten aufzuzeichnen und Firmware-Updates aufzuspielen.
An den Resol „VBus“ des „BX Plus“ können neben zahlreichen Zubehörgeräten auch bis zu zwei EM-Erweiterungsmodule angeschlossen werden, die den Regler um je sechs Sensoreingänge und fünf Relaisausgänge erweitern. Mit den Erweiterungsmodulen kann der „BX Plus“ z.B. bis zu zwei witterungsgeführte Heizkreise regeln. Der „BX Plus“ passt außerdem in die Isolierung der Zweistrang-Solarstationen „FlowSol B“ und „FlowSol XL“. Ausführliche Informationen über das ganze Resol-Produktsortiment erhalten Sie auf www.resol.de

Die Solarthermie auf dem deutschen Wärmemarkt
Es mag viele Gründe geben, weshalb die Solarthermie in Deutschland scheinbar so wenig geliebt ist und ihr Potenzial kaum ansatzweise konsequent genutzt wird. Dabei ist die Sonnenenergie die Wärmequelle 1 auf unserem Planeten. In ökologischer, primärenergetischer und vor allem energieautarken Sicht, ist die Solarthermie unschlagbar. Auch wenn sich die solarthermische Trinkwassererwärmung mit einer 100%igen Deckungsrate in den Sommermonaten technisch lange schon etabliert hat, ist ihr Anteil im Wärmemarkt verglichen mit den Potenzialen noch viel zu gering. Dies hat neben den Interessen der Energiewirtschaft und ihren politischen Wasserträgern sicherlich noch weitere Gründe.
 Ein großer Irrtum ist oft die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, beispielsweise zur Trinkwassererwärmung in den Sommermonaten. In den seltensten Fällen werden hier konsequent die Wärmeerzeugungs- und Bereitstellungsverluste von beispielsweise Verbrennungskesseln realistisch dargestellt. Nicht selten werden nur die vermeintlichen Mengen an eingespartem Heizöl oder Gas betrachtet.
Eine Bewertung von Bereitstellungsverlusten, die niedrigen Wirkungsgrade der Kessel und die daraus resultierenden Verbrennungsrückstände durch ineffiziente Betriebweisen sowie der erhöhte Wartungs- und Reinigungsaufwand, erfolgt in der Regel nicht. Ein praxisnaher und realistischer Brennwertanteil von Brennwertgeräten wird in der Regel nicht mal ansatzweise untersucht. Der in konventionellen Solaranlagen notwendige separate Solarkreis, der mit einem Glykol-Wassergemisch als Frostschutzfunktion geführt wird, macht die Anlagen hydraulisch komplex und beeinflusst die Ökobilanz aufgrund des Glykols negativ – eines der wenigen Mankos. Die Abhängigkeit von speziellen Speichersystemen und Anlagenkomponenten erschwert vermeintlich eine Integration in bestehende Anlagen.
Wenig beachtet wird in diesem Kontext, dass bei einer nachträglichen Solarintegration im Bestand auch der nebenstehende Kessel von einem Solar-Pufferspeicher profitiert, wenn er von der Epilepsie des Taktens befreit wird und bei dieser Gelegenheit sich auch das „Hygieneproblem“ der Trinkwassererwärmung, quasi im Vorübergehen, erledigt.
Leider fehlt es bei bestehenden Anlagen oft an regelungstechnischen Feineinstellungen insbesondere in der Abstimmung mit dem nebenstehenden Wärmeerzeuger. Nicht selten wird die Solaranlage – mangels regelungstechnischer Integration – um große Teile ihres Ertrags gebracht.

Solarthermie für die Zukunft
Uneingedenk etwaiger Altbausituationen besteht im Neubau keinerlei Grund, nicht auf Solarthermie zu setzen. Bei den heutigen Standards hinsichtlich der energetischen Qualität der thermischen Hüllen von Neubauten, ist der Heizwärmebedarf so gering, dass er problemlos mit Niedrigtemperatur-Wärmeübertragungssystemen (mit einer Vorlauftemperatur von maximal 35°C – 40°C) betrieben werden kann, was auch geradezu schon Standard ist. Eine optimale Ausgangssituation also für das Wirkungsfeld einer solarthermischen Anlage. Wo sich die Branche dennoch allgemein schwer tut, ist die Solarthermie über die sogenannte „solare Heizungsunterstützung“ hinaus konsequent als Solarheizung zu integrieren, die lediglich aus klimatischen Gründen und bei spezifischen Nutzungsanforderungen eine Nacherwärmung benötigt. Diese zugekauften Wärmemengen lassen sich jedoch sehr überschaubar gestalten.
Optimierungspotenziale schlummern ferner in der Abstimmung von passiver und aktiver Solarnutzung, was auch die Baustoffe und deren thermische Eigenschaften beinhalten muss. In diesem Kontext ist auch die Betrachtung der solaren Wärmegewinnung nicht auf den Solar-Pufferspeicher zu erschöpfen, sondern auch die solarthermische Aktivierung von massiven Bauteilen unmittelbar im Wohnraum zu erwägen, um hiermit quasi einen zweiten Solarspeicher zu generieren, der frei von Wärmeverlusten ist (diese kommen unmittelbar dem Wohnraum zugute) und überdies auch solare Wärme nutzen lässt, die nicht mehr in den Pufferspeicher eingespeist werden kann, der freilich erste Ladepriorität geniest.

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Welcher Kollektortyp macht das Rennen?
Grundsätzlich muss auch die Frage erlaubt sein, welcher Kollektortyp auf der Zielgeraden zu einer umfassenden Solarheizung das Rennen macht. Ist es der weit verbreitete Flachkollektor, oder doch der Vakuum-Röhrenkollektor?
Bei den Sonnenkollektoren zur Wärmeerzeugung wird grundsätzlich zwischen Vakuumröhrenkollektoren und Flachkollektoren unterschieden. Der Einsatz hängt von den spezifischen örtlichen Gegebenheiten wie Neigungswinkel und Ausrichtung des Daches oder Winkel und Intensität der Lichteinstrahlung ab.
Röhrenkollektoren bestehen aus zwei konzentrisch ineinander gebauten Glasröhren. Eine absorbierende Schicht im Inneren dieser Röhren wandelt die aufgenommene und gebündelte Strahlungsenergie in Wärme um. Über eine geometrisch optimierte, verspiegelte Fläche im Rücken der Vakuumröhren bündelt der Kollektor zusätzlich nicht direkt absorbierte Lichtstrahlen und wirft diese auf die Vakuumröhren zurück. So kann der Kollektor zusätzliche Sonnenenergie in Wärmeenergie umsetzten und selbst bei schlechten Wetterbedingungen hohe Energieerträge erzielen. Das Vakuum im Inneren der Röhren verhindert zudem fast jeglichen Wärmeverlust. Als Wärmeübertragungsmedium transportiert in den meisten solarthermischen Anlagen Frostschutzmittel die absorbierte und umgewandelte Energie zur weiteren energetischen Nutzung in den Wärmespeicher.
Ein Flachkollektor verliert ungleich mehr Wärmeenergie durch Abstrahlung. Aus diesem Grund weist ein Vakuum-Röhrenkollektor einen entsprechend höheren Wirkungsgrad auf.
Im Vergleich zu den Flachkollektoren benötigt der Vakuum-Röhrenkollektor eine geringere Fläche für die gleiche Leistung, er ist pro m² teurer und wird vom BAFA nicht entsprechend differenziert. Die Nutzung niedrigster Erträge verlangt nahezu die effizienteren Vakuum-Röhren, um eben auch bei diffuser Sonneneinstrahlung im Winter solare Wärmemengen generieren zu können. Die geringen Wärmeverluste der Vakuumröhre erschweren zwar eine Abtaufunktion für Schnee, besitzen aber ein wohl entscheidendes Argument für die Nutzung von Heizungswasser als Wärmeträgermedium, wie u.a. der Solarthermiespezialist Paradigma seit einigen Jahren beweist.

Heizungswasser auch als solares Wärmeträgermedium
Das innovative und mehrfach ausgezeichnete Paradigma „AquaSystem“ ermöglicht es, die solaren Röhrenkollektoren einfach in bestehende Heizungssysteme zu integrieren. Denn statt des gängigen Frostschutzmittels nutzt der Solarkollektor ausschließlich Wasser als Energieträger. Dadurch ist er mit den meisten konventionellen, auf Wasserwärmeübertragung basierenden Heizungssystemen kompatibel. So können bereits vorhandene Heizkessel oder Warmwasserspeicher problemlos für die solare Wärmeerzeugung genutzt werden.
Diese Innovation hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie 2006 mit dem „Bundespreis für herausragende innovatorische Leistungen für das Handwerk“ gewürdigt. Inzwischen nutzen über 50 000 Haushalte in Deutschland das „AquaSystem“. Diesbezüglich liegen also bereits mehrjährige Langzeiterfahrungen dieser neuen Technologie vor, die durchaus einen Meilenstein in der solarthermischen Anwendung markieren kann.

Hocheffizienter Vakuumröhren-Sonnenkollektor
Der Vakuum „CPC“-Kollektor (Compound Parabolic Concentrator) ist das Herzstück des Heizsystems der Ritter Gruppe. Entwickelt wurde der Vakuumröhrenkollektor von Experten aus dem Unternehmen und des solartechnischen Forschungsinstituts der Universität Stuttgart. Im Vergleich zu gängigen und weitverbreiteten Flachkollektoren weist der Vakuum „CPC“-Röhrenkollektor einen um bis zu 50% höheren Ertrag bei der Nutzung der Sonnenenergie auf. Die hohe Leistung geht hauptsächlich auf das im Inneren der Röhre herrschende Vakuum und die angewendete Spiegelungsoptik zurück. Aufgrund dieser thermoaktiven Bauweise erzielt der Kollektor selbst bei spärlicher Sonneneinstrahlung und starker Bewölkung noch sehr hohe Leistungen. So trägt er auch im Winter zur Unterstützung des bestehenden Heizungssystems bei und kann bei energieeffizienter Bauweise in Kombination mit einem hochwertigen Wärmespeicher und Heizkessel bis zu 90% der Heizkosten einsparen.
Fortschrittliche Kollektoren setzen auf eine Wärmeübertragung durch Wasser. Dadurch ist der einfache Anschluss der Kollektoren an bestehende Heizungssysteme möglich. Zugleich entfallen die aufwendige Montage und kurze Wartungsintervalle. Bei Solarkollektoren, die auf Frostschutzmittel als Wärmemittler basieren, ist es dagegen notwendig, das vorhandene Heizungssystem durch ein speziell auf Frostschutzmittel ausgerichtetes System zu ersetzen.
Flachkollektoren haben im Alltagsgebrauch aufgrund ihrer Eigenschaft einen niedrigeren Wirkungsgrad – insbesondere durch die Verschlechterung der Wärmeübertragungsqualität von Wasser durch den Zusatz von Glykol. Im Gegensatz zu Röhrenkollektoren bündeln sie das Licht nicht, sondern wandeln die Sonnenenergie direkt über eine flache, wärmeabsorbierende Fläche in Wärmeenergie um. Dabei weisen Flachkollektoren aufgrund ihrer großen Fläche einen hohen Wärmeverlust auf, was vor allem im Winter zu einer niedrigen Energieausbeute führt. Bei fortschrittlichen Flachkollektoren wird inzwischen ebenfalls auf eine Vakuumisolierung gesetzt. Der hohe Wirkungsgrad eines Röhrenkollektors kann dadurch aber nicht erreicht werden.
Nach Aufnahme der Sonnenenergie wird die Wärme in einen Wärmespeicher übertragen. Hier kann sie gespeichert oder bei Bedarf direkt abgerufen werden. So kann die gewonnene Wärme zur Erwärmung von Brauchwasser, aber auch zum Heizen eingesetzt werden. Zur Unterstützung der Solarkollektoren ist es bei anhaltend starker Bewölkung oder langen Wintertagen notwendig, einen zusätzlichen Nacherwärmer einzusetzen. Denn ein Wärmespeicher kann z. B. in einem Mehrfamilienhaus nicht die Zapfleistung aufbringen, die für den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Duschen bei konstant gleicher Temperatur benötigt wird.

Leistungsfähige Komponenten entscheiden
Entscheidend für die Effizienz einer solarthermischen Anlage ist die Leistungsfähigkeit des Solarkollektors. Die Vakuumröhren-Kollektoren der Ritter Gruppe aus Dettenhausen zählen zu den leistungsstärksten auf dem solarthermischen Markt. Und die Ingenieure des Unternehmens arbeiten ständig daran, den technischen Vorsprung ihrer Vakuum „CPC“-Kollektoren auszubauen. Mit dem neuen Vakuumröhren-Kollektor „Aqua Plasma“ setzen sie ein
neues zeichen in puncto Effizienz und Leistungsfähigkeit. In Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern der Dr. Laure Plasma Technologie GmbH in Stuttgart hat die Ritter Gruppe eine neue Antireflexbeschichtung für Vakuumröhren entwickelt, die eine höhere Absorptionsrate ermöglicht. Dadurch wird Sonnenstrahlung aber auch diffuse Lichtstrahlung noch effizienter in Wärmeenergie umgewandelt.

Neuartige Beschichtung
Zur Herstellung dieser neuartigen Beschichtung wurde eigens ein spezielles Beschichtungsverfahren entwickelt: Die Beschichtungsanlage für Solarröhren stellt mittels Plasmazündung eine Siliciumoxid-Gradientenschicht (SiOx) auf der Oberfläche der Vakuumröhre her. Diese spezielle Beschichtung sorgt für eine geringere Reflexion der Hüllröhre und gewährleistet, dass mehr Licht die Absorberschicht erreicht und in Wärme umgewandelt wird. Darüber hinaus sind die CPC-Spiegel des Kollektors mit einem neuartigen Korrosionsschutz ausgestattet. Damit kann bei gleichzeitiger Verbesserung der Reflexionseigenschaft eine Beeinträchtigung der Funktionalität des Spiegels durch äußere Einflüsse minimiert werden.
Durch diese Innovationen sind Zieltemperaturen von 60 bis 160°C, wie sie z.B. im Bereich der industriellen Prozesswärme benötigt werden, auch bei niedrigen Einstrahlungswerten von 400 W/m² problemlos, schnell und bei hohem Wirkungsgrad erreichbar. Selbstverständlich ist der „Aqua Plasma“-Kollektor auch für Heizsysteme in Ein- und Mehrfamilienhäusern die erste Wahl. Unabhängig davon, ob sie zur Warmwasserbereitung für das Waschen und Duschen oder als Unterstützung der Heizung eingesetzt werden.
Der Vakuumröhren-Kollektor „Aqua Plasma“ ist der erste Kollektor, der speziell für das bewährte Paradigma „AquaSystem“ konzipiert wurde. Das „AquaSystem“ wurde 2004 von der Ritter Gruppe eingeführt und setzt Wasser als Wärmeträger ein. Damit unterscheidet es sich von herkömmlichen solarthermischen Systemen, die mit Frostschutzmittel betrieben werden und deshalb einen zweiten, getrennten Solarkreislauf benötigen.
Der Verzicht auf Frostschutzmittel ermöglicht den problemlosen Anschluss des Kollektors an ein bestehendes Heizsystem. Das spart nicht nur Montage-, sondern auch Wartungskosten. Außerdem gewährleistet das „AquaSystem“ durch den Einsatz von Wasser als Wärmeträger eine bessere Leistungsaufnahme und -übertragung: konstant und effizient.

Autor: Frank Hartmann