Sonnenwärme bevorraten
Mithilfe von Solarkollektoren, eines Pufferspeichers und einer Frischwasserstation lässt sich die Sonne als Wärmequelle nutzen
Der Wärmespeicher spielt eine zentrale Rolle im gesamten Heizsystem.
Die CPC-Röhrenkollektoren von Paradigma sind auf eine Effizienz bei der Wärmeproduktion ausgelegt.
Die Sonne ist eine der wenigen Energiequellen, die CO2-neutral nutzbar ist. Ein breiter Einsatz von Solarthermie zur Wärmeversorgung von Gebäuden kann daher dazu beitragen, den CO2-Ausstoß im Gebäudebereich zu senken.
Die Volatilität ist die größte Herausforderung bei der Nutzung regenerativer Energien. Damit die Energiewende gelingt, sind Wege zur effektiven Energiespeicherung notwendig. Nicht nur bei der regenerativen Stromerzeugung, auch bei der Energiegewinnung über solarthermische Anlagen müssen Produktion und Verbrauch voneinander entkoppelt werden.
Die Sonne schickt durchgehend weitaus mehr Energie zur Erde, als die Weltbevölkerung benötigt. Die Herausforderung dabei: Sie steht nicht kontinuierlich 24 Stunden am Tag zur Verfügung. Strom und Wärme werden jedoch permanent für die Versorgung von Gebäuden benötigt. Aus physikalischer Sicht ist die Nutzung der Sonne als Wärmequelle mithilfe von thermischen Solanlagen weitaus einfacher als die Produktion von Solarstrom. Hinzu kommt, dass sich Wärme – ebenfalls im Gegensatz zum Strom – nur schlecht und mit hohen Verlusten über weite Distanzen transportieren lässt. Bei der Nutzung der Sonne als Energiequelle für die Wärmeversorgung sind daher die Produktion und die Speicherung von Wärme nah am Verbrauchsort die wichtigsten Aspekte.
Wärme für mindestens einen Tag
Die Speicherung von Wärme ist aus physikalischer Sicht ebenfalls einfacher als die von Strom. Wasser bildet dabei das ideale Speichermedium: Es lässt sich einfach erwärmen, gibt die Wärme leicht wieder ab, altert dabei nicht und behält dauerhaft seine Funktion. In Zentralheizungen wird Wasser – unabhängig vom Wärmeerzeuger – seit jeher als Wärmeträger und Speichermedium eingesetzt.
Der Pufferspeicher nimmt dabei eine zentrale Position im gesamten Heizsystem ein. Der Wärmeerzeuger speist die Wärme ein, die dann zur Verteilung ins gesamte Haus zur Verfügung steht.
Von der Größe her sollte der Speicher mindestens einen Tagesbedarf an warmem Trinkwasser im Sommer abdecken. So ist sichergestellt, dass unabhängig vom Verbrauchszeitpunkt der eigentliche Wärmeerzeuger ausgeschaltet bleiben kann und der Wärmebedarf komplett über die Solarthermieanlage abgedeckt wird. Als Faustformel haben sich 80 Liter Speicherinhalt pro Quadratmeter Kollektorfläche bewährt. Wie groß die Kollektorfläche sein sollte, bemisst sich am Wärmebedarf des jeweiligen Gebäudes und den Ansprüchen der Bewohner.
Das Zusammenspiel von Dämmung und Schichtung
Bei einem Heizsystem mit regenerativem Wärmeanteil hat der Pufferspeicher zwei Aufgaben:
- Er soll sicherstellen, dass dann ausreichend Wärme verfügbar ist, wenn sie im Haus benötigt wird
- und er soll Energiemengen, die unabhängig vom Bedarf entstehen – z. B. wenn die Sonne scheint – für einen späteren Zeitpunkt einlagern.
Die Einspeisung der Energie aus den Solarthermie-Kollektoren erfolgt dabei idealerweise oben im Speicher. So entsteht eine Schichtung, bei oben die höchste und unten die niedrigste Temperatur herrscht.Die Entnahme der Wärme erfolgt ebenfalls möglichst weit oben. So ist sichergestellt, dass Wärme in einem hohen Temperaturniveau auch bei einem nicht vollständig beladenen Speicher verfügbar ist und gleichzeitig Kapazität für zusätzliche Wärme aus den Solarkollektoren vorhanden ist.
Damit der Speicher mit zur hohen Effizienz des gesamten Heizsystems beiträgt, ist es wichtig, dass von der eingelagerten Wärme so wenig wie möglich nach außen verlorengeht. Eine effektive Dämmung ist daher das entscheidende Kriterium, um die Speicherverluste so gering wie möglich zu halten. Gerade im Winter ist die eingespeiste Wärme wertvoll. Wie bei Elektrogeräten gibt es für Wärmespeicher verschiedene Energieeffizienzklassen. Standardspeicher weisen eine Effizienzklasse von B oder teilweise nur C auf. Mit einer speziellen Dämmung und weiteren konstruktiven Merkmalen, etwa die Anordnung der Speicheranschlüsse, sind heute auch Speicher erhältlich, die in die Effizienzklasse A eingruppiert sind. Die höheren Anschaffungskosten für diese Modelle können sich leicht durch die verringerten Speicherverluste sehr schnell amortisieren.
Frischwasserstation für Trinkwasserhygiene
Mit Solarthermie lässt sich nicht nur ein Puffer-, sondern auch ein Trinkwasserspeicher betreiben. Dabei liegt das notwendige Temperaturniveau bei 60 °C, um die Vermehrung von Krankheitserregern wie Legionellen zu verhindern. In der Übergangszeit sowie im Sommer ist das erreichbar. Eine aus hygienischer Sicht vorteilhaftere Alternative zu einem Trinkwasserspeicher sind Frischwasserstationen, die mit dem Pufferspeicher kombiniert werden. Sie erzeugen das warme Trinkwasser mithilfe eines Wärmeübertragers im Durchflussprinzip, und zwar genau in dem Moment, in dem das Wasser benötigt, d. h. gezapft, wird. So ist eine sehr gute Trinkwasserhygiene gewährleistet.
Solarthermie als Hauptheizung
Die Sonne ist eine der wenigen Energiequellen, die CO2-neutral nutzbar ist. Ein breiter Einsatz von Solarthermie zur Wärmeversorgung von Gebäuden kann daher dazu beitragen, den CO2-Ausstoß im Gebäudebereich zu senken. Dabei kann Solarthermie als Hauptwärmequelle gedacht werden, sodass der zweite Wärmeerzeuger nur die verbleibende Wärmelücke schließt. Die Kollektorfläche muss in diesem Fall eine entsprechende Größe aufweisen und der Speicher daran angelehnt dimensioniert sein. So lassen sich über das gesamte Jahr hinweg solare Wärmeerträge erzielen.
Paradigma: Speicherfüllung im Eimer-Prinzip
Bei der Nutzung einer solarthermischen Anlage von Paradigma nehmen die Solarthermie-Kollektoren den Platz eines Wärmeerzeugers ein. Die CPC-Röhrenkollektoren des AquaSolar-Systems arbeiten dabei mit Wasser als Wärmeträger. Durch den Verzicht eines sonst üblichen Wasser-Glykol-Gemischs als Wärmeträger wird kein zweiter Wärmeübertrager im Speicher benötigt. Für Paradigma hat das den Vorteil, dass eine solche Solarthermieanlage sich leicht in ein bestehendes Heizsystem integrieren lässt und ein Austausch des Speichers wahrscheinlich nicht notwendig ist.
Die CPC-Röhrenkollektoren von Paradigma sind auf eine hohe Effizienz bei der Wärmeproduktion ausgelegt. Dies begründet der Anbieter mit ihrem Aufbau: Die Spiegel lenken die Sonnenstrahlen ins Zentrum der Röhren, wo sie das Wasser aufheizen. Bei der Beschickung des Speichers setzt Paradigma auf das Eimer-Prinzip. Das bedeutet: Die Solarthermie-Kollektoren werden nicht durchgehend von Wasser durchflossen, sondern wärmen sich zunächst auf eine festgelegte Temperatur auf. Ist diese erreicht, wird das komplette Wasservolumen aus dem Kollektor in den Speicher geleitet.
„Bei Sonnenschein gelangt auf diese Weise alle fünf Minuten ein neuer ‚Eimer‘ mit 60 °C heißem Wasser in den Speicher“, macht Paradigma deutlich und fährt fort: „Dieses Prinzip transportiert dreimal so viel Wärme wie bei einer gewöhnlichen Solaranlage.“ Weil dadurch auch die Solarpumpe seltener läuft, ergebe sich ein weiterer Einspareffekt.
Bilder: Paradigma
