Geschenkte Energie

Das Energiepotenzial aus erneuerbaren Energiequellen ist unerschöpflich und reicht aus, jedes Land der Erde dauerhaft und umweltfreundlich mit heimischer Energie zu versorgen. Allein die Sonne liefert Deutschland pro Jahr viermal so viel Energie, wie die gesamte Menschheit verbraucht. Mit etwas Mut und Engagement könnten wir uns innerhalb weniger Jahrzehnte vollständig aus erneuerbaren Quellen versorgen. Das würde uns eine dauerhafte und umweltfreundliche Energiebasis sichern, frei von den Abhängigkeiten der Weltenergiemärkte.

Bei der Warmwasserbereitung können wir zum Beispiel dafür sorgen, dass durch den Einsatz einer Solaranlage nicht nur fast zwei Drittel der Energie gespart werden, sondern auch 60 Prozent weniger CO₂-Emissionen entstehen als bei einer ausschließlich mit Strom betriebenen Anlage. Im Sommer scheint in Deutschland soviel Sonne, um den Warmwasserbedarf einer vierköpfigen Familie vollständig zu decken. Dagegen reicht’s im Winter nur zu maximal einem Fünftel. Dennoch liegt der solare Deckungsanteil übers Jahr bei bis zu 65 Prozent. Das ist einer der Gründe, warum sich die solare Warmwasserbehandlung in den letzten Jahren zu einem wichtigen Zukunftsmarkt entwickelt hat. Wurden 1976 erst 5000 m² Kollektorflächen installiert, so waren es 1999 schon 420.000 m² und im Jahr 2000 immerhin 600.000 m². Für dieses Jahr rechnen Fachleute mit sage und schreibe 1 Mio. m² neu installierte Kollektorfläche. Die Sonne wird zum Millionengeschäft. O Sole Mio!

Kollektorarten

Das Herz einer Solaranlage ist der Kollektor. Zwei Typen kommen im Wesentlichen zum Einsatz: Der Flachkollektor und der Vakuum-Röhrenkollektor.

Der Flachkollektor ist - preis- und einbaubedingt - der am häufigsten eingesetzte Typ. Der so genannte Absorber nimmt dabei die Sonnenstrahlung auf und gibt sie an den Solarkreislauf weiter. Über einen Wärmetauscher erwärmt dann der Solarkreislauf das Heizwasser im Speicher. Der Absorber liegt wärmeisoliert in einem Gehäuse aus eloxiertem Aluminium. Die transparente Abdeckung besteht aus einem speziellen Glas, welches das Sonnenlicht gut durchleitet.

Entscheidend für eine gute Wirkung des Flachkollektors ist die Qualität des Absorbers und die optimale Herstellung des gesamten Kollektors. So genannte Tinox-Absorber werden in einem aktivierten Aufdampfprozess im Vakuum hergestellt. Dabei wird eine Schicht aus Titan-Nitrit-Oxid auf ein Kupferband aufgebracht. Diese Absorberschicht misst lediglich 100 Millionstel Millimeter Dicke. Diese Struktur ist für die hochselektiven Eigenschaften verantwortlich, d.h. einen hohen Absorptionsgrad bei gleichzeitig niedriger Wärmeabstrahlung. Der geringe Emissionsgrad verhindert Abstrahlverluste im langwelligen infraroten Wellenlängenbereich, während der hohe Absorptionsgrad für hervorragende Strahlungsabsorption bei kürzeren Wellenlängen sorgt.

Eine seltener genutzte Variante ist der Vakuumflachkollektor. Durch Unterdruck im Kollektorgehäuse soll bei ihm die Konvektion (Luftumwälzung) im Kollektor verringert werden. Fachleute sind der Meinung, dass dadurch die Wärmeverluste gegenüber einem Flachkollektor üblicher Bauweise sinken.

Beim Vakuumröhrenkollektor ist der Absorber in eine solide Glasröhre eingebaut, in der ein Vakuum erzeugt wurde. Die stabile Röhrenform erlaubt niedrigere Druckverhältnisse mit geringeren Wärmeverlusten als ein Vakuumflachkollektor.

Beim geschlossenen Heat-Pipe-Prinzip verdampft in einem Wärmerohr eine Flüssigkeit durch die auf den Absorber einstrahlende Solarenergie. Am oberen Ende der Röhre kühlt sich der Dampf an einem kleinen Wärmetauscherblock aus Aluminium wieder ab. Hier verflüssigt sich der Dampf wieder. Die frei werdende Wärme wird an die Solarkreisflüssigkeit abgegeben.

Die aufwendigere und teurere Variante des Kollektors hat ihren Vorteil des höheren Wirkungsgrades gegenüber ihrem flachen Bruder (dem Flachkollektor) fast gänzlich verloren. Denn gute Flachkollektoren haben sich ihm bis auf 15 Prozent angenähert. D.h. Vakuum-Röhrenkollektoren nutzen nur etwa 15 Prozent mehr Sonnenenergie als Flachkollektoren.

Aufdach- und Indachmontage

Flachkollektoren gibt es in zwei Varianten: für die Aufdachmontage und für die Indachmontage. Wie die beiden Bezeichnungen schon vermuten lassen, liegen die Kollektoren einmal überhalb der Dachziegel, einmal sind sie im Dach eingelassen und ersetzen die Dacheindeckung durch eine wasserdichte Wanne. Konstruktionsbedingt haben Indachkollektoren eine kleinere Absorptionsfläche als seine Aufdachkollegen, sodass der geringere Energieertrag evtl. durch zusätzliche Kollektormodule ausgeglichen werden muss.

Röhrenkollektoren gibt es ausschließlich als Aufdachlösung. Technisch lassen sie sich nicht in das Dach integrieren. Bis Anfang dieses Jahres das Unternehmen Ritter-Paradigma (Karlsbad) erstmals einen Indach-Röhrenkollektor vorgestellt hatte. Nun also lassen sich Vakuum-Röhrenkollektoren auch in das Dach einlassen.

Einbau eines Flachkollektors

Wie im Einzelnen ein Aufdach-Flachkollektor montiert wird, beschreibt die Bildfolge. Dargestellt ist der Montageablauf an Hand eines Solarkollektors von Stefan Nau (Moosburg).

B i l d e r :   Stefan Nau GmbH, Moosburg

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