Eine Solaranlage wandelt Sonnenenergie in andere Energieformen um. Je nach Arbeitsprinzip und der entstandenen Energieform läßt sie sich in drei Typen unterscheiden:
- Photovoltaik-Solaranlage: eine solche liefert elektrische Energie, die man über einen Wechselrichter in das örtliche Stromnetz einspeisen kann.
- Thermische Solaranlage wie Sonnenkollektoren oder Solarkocher: diese liefern Wärme für den Bedarf vor Ortschaften
- Thermische Solaranlage als Kraftwerke: diese befördern gleichfalls Wärme, wenngleich mit weit höheren Temperaturen. Diese Wärme kann dann in elektrischen Strom umgewandelt werden oder auch für industrielle Prozesse verwendet werden.
Energiemanagementsysteme nehmen auf derlei Anlagen häufig Bezug. Gut kombinieren lassen sie sich nämlich auch mit einem Heizkessel für Brennholz, Holzpellets, Kaminholz oder auch Heizöl. Letzteres macht Sinn, solange noch ein Öltank vorhanden ist. Ein namhafter Hersteller ist hierbei Buderus. Dies ist nicht nur technisch möglich, sondern oft auch aus Kostensicht sinnvoll. Bei einem Heizöl Preisvergleich, etwa über www.enxa.de, stellt sich nicht selten ein hoher aktueller Heizölpreis heraus, der niedrigere Pelletpreise fürchten muß. Während Heizölpreise oft heftigen Schwankungen in recht kurzer Zeit unterliegen können, bleiben Pelletspreise häufig über einen längeren Zeitraum auf konstantem Niveau.
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Zum Bereich der thermischen Solaranlage gehören die flachen Sonnenkollektoren und die Vakuum-Röhrenkollektoren. Sie kann man zur Wärmegewinnung als Heizungsunterstützung, zum Kochen (Prozesswärme) oder auch nur zur Erwärmung von Trinkwasser (Dusch- und Badebereich) einsetzen.
Eine besonders beschichtete Absorberoberfläche auf dem Kollektor wird durch die Sonnenstrahlung erhitzt. Die Rohre des Absorbers befördern eine Flüssigkeit (manchmal auch ein Gas oder Luft). Diese soll als Transportmedium die Wärme aufnehmen. Eine Pumpe oder ein Ventilator leiten dieses Medium zu einem Speicher. Dort kühlt es ab und wird in einem Kreislauf wieder zum Eingang des Absorbers transportiert.
Eine thermische Solaranlage kann je nach Region und Aufstellort einen großen Teil des Energiebedarfs zur Trinkwasser-Erwärmung decken. Außerdem kann die Solaranlage auch die Heizung unterstützen. In Industrie und Gewerbe ist ein Einsatz zur Prozesswärme-Erzeugung denkbar. Solarkocher sind in Afrika und Indien schon häufig vertreten. In einigen europäischen Ländern gibt es auch bereits Fernwärmenetze, die von einer großen Solaranlage gespeist werden. Im Fall der sog. solaren Klimatisierung kann eine solche Anlage sogar für die Bereitsstellung von Kälte eingesetzt werden. Dies ist besonders clever, da der höchste Kühlbedarf ja in der Regel mit der stärksten Sonneneinstrahlung zusammen fällt.
Solaranlage als thermisches Kraftwerk
Im Gegensatz zu einer „normalen“ Solaranlage, die auch diffuses Licht nutzt, haben thermische Solarkraftwerke eine größere Kapazität. Häufig haben sie das direkte Sonnenlicht bündelnde Spiegel. Diffuses Tageslicht reicht hier nicht aus. Daher werden Thermische Solarkraftwerke auch hauptsächlich in trockenen Gebieten wie Wüsten usw. aufgestellt. Dabei unterscheidet man zwischen drei Konzepten: den Parabolrinnenkraftwerken, dem Parabolspiegel mit Stirlingmotor und Solarturmkraftwerke mit großflächigen Spiegeln (sog. Heliostaten).
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Bei der Photovoltaik-Technik wird das elektromagnetische Spektrum der Sonneneinstrahlung in elektrischen Strom umgewandelt. Solarzellen trennen durch einen Photonen-Beschuß die positiven und negativen Ladungen. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen diesen Ladungen läßt schließlich den Strom fließen. In Solarbatterien kann er dann gespeichert oder mithilfe von Wechselrichtern von der Solaranlage aus in das allgemeine Stromnetz eingespeist werden.
Auslegung einer Solaranlage:
In der Regel montiert man Solarkollektoren auf dem Dach oder an einer Ständerkonstruktion. Ihre optimale Ausrichtung Richtung Süden hat einen Neigungswinkel von etwa 30 bis 50 Grad, wenngleich der Neigungswinkel anders als gedacht gar keinen so großen Einfluß auf den Wirkungsgrad der Solaranlage hat.
Je nach täglichem Verbrauch an Warmwasser ist die Anlage für die Warmwasser-Bereitung auszulegen. Bei vier Personen sind das ca. 120 bis 160 Liter pro Tag. Hierfür genügen beispielsweise fünf bis sechs Quadratmeter Kollektorfläche. Etwas mehr wird benötigt, wenn die Anlage auch zur Heizungsunterstützung eingesetzt werden soll: ein Quadratmeter Kollektorfläche deckt dabei nahezu 10 Quadratmeter Wohnfläche ab. Bei der Planung der Solaranlage sollte man sich stets am ermittelten Wärmebedarf orientieren. Kann weitere Energie nicht genutzt werden, braucht man auch keine größeren Kollektorflächen.
Speichergröße bei der Solaranlage:
Wichtig ist die richtige Dimensionierung des Wärmespeichers. Abhängig von der Nutzungsart der Solarthermie ist die Größe des Speichers zu wählen. Die gesamte Anlage sollte nur so groß wie nötig, und nicht einfach so groß wie möglich ausgelegt werden. Bei der genauen Berechnung helfen mittlerweile fast alle Hersteller, die auch auf individuelle Wünsche eingehen können. Soll durch die Solaranlage nur das Trinkwasser erhitzt werden, genügt das zweifache Speichervolumen. Ist der Speicher größer, kann dies zwar den Wirkungsgrad der Anlage erhöhen, zugleich aber auch mehr Energie verlieren. Ist der Speicher jedoch zu klein, verringern die hohen Temperaturen und Abstrahlungen ihren Wirkungsgrad. Außerdem kann sich dann im Speicher auch Kalk ablagern.
Soll mit der Solaranlage auch die Heizungsunterstützung erfolgen, gilt folgendes: pro Quadratmeter Kollektorfläche sollte der Speicher dann mindestens 60 Liter fassen.
Installation einer Solaranlage von www.enxa.ch/shop:
Beim Kollektor sollte man bestmöglich eine Verschattung und Verschmutzung vermeiden. Die Temperaturfühler müssen an die richtige Position, Temperaturdifferenzregler müssen exakt eingestellt werden. Der Kollektor muß an seinem höchsten Punkt installiert werden. Man sollte aufpassen, dass man Vor- und Rücklauf nicht verwechselt und hauptsächlich kurze Leitungswege plant. Die Durchführung durch das Dach muß wasserdicht und UV-beständig sein. Die vorhandene Umwälzpumpe sollte man mit einer so gut wie möglich kleinen Leistung betreiben. Hinsichtlich des Glykolanteils der Wärmeträgerflüssigkeit ist es wichtig, diesen unter 40 Prozent zu halten. Auch ein Schutzsystem gegen Blitzschlag ist empfehlenswert. Der Wirkungsgrad der Solaranlage kann zudem durch eine hochwertige Wärmedämmung des Speichers sowie der ganzen Leitungen erhöht werden. Gegebenenfalls ist für die Wärmeträgerflüssigkeit am Überdruckventil noch eine Auffangvorrichtung anzubringen.
Solaranlage zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung mithilfe bivalenter Wärmespeicher, Kombispeicher und Schichtenspeicher
Die Sonneneinstrahlung auf den Solarkollektor auf dem Dach erwärmt ein Glykol-Wasser-Gemisch. Sobald die Temperatur am Ausgang des Kollektors höher ist als die gewünschte Temperatur im Speicher, wird automatisch die Umwälzpumpe eingeschalten und der Speicher erhält dann die Sonnenwärme. Derlei Anlagen erhalten Sie übrigens auch über www.hilpert-energie.de oder auch über den enxa-Shop.
Benutzt man diese Wärme nur für die Trinkwasserbereitung, verwendet man häufig einen bivalenten Wärmespeicher. Hier sind zwei verschiedene Wärmeübertrager in den Kreislauf integriert. Während der eine das Trinkwasser im Speicher mit Solarenergie erhitzt, kommt der zweite Wärmeübertrager von einem anderen Heizkessel, der evtl. mit Heizöl betrieben wird (sog. Hybrid-Heizung). Ein niedriger Heizölpreis kommt dabei der Sache sehr gelegen. Sobald die Kraft der Sonne nicht mehr ausreicht, geht die Ölheizung dann automatisch an. So erreicht man im Speicher immer die gewünschte Temperatur. Die Sonne scheint ja nicht ununterbrochen und so ist es durchaus von Vorteil, in schwächeren Zeiten die in einem Öltank gelagerte Energie zu nutzen.
Selbstverständlich kann der Heizkessel, beispielsweise von Buderus, auch mit einem anderen Brennstoff versorgt werden, beispielsweise mit Kaminholz, Holzpellets oder auch Brennholz. Ein aktueller Heizölpreis ist im täglichen Heizöl Preisvergleich nicht selten etwas hoch. Da die Pelletspreise bezogen auf den Heizwert oft günstiger als die Heizölpreise sind, bietet sich ja auch eine Heizung an, die mit Pellets betrieben wird.
Wenn die Solaranlage aber auch zur Heizungsunterstützung genutzt werden soll, benötigt man einen Kombispeicher oder Schichtenspeicher. Der erste beinhaltet Trinkwasser und Heizungswasser. Ein kleiner integrierter Trinkwasser-Speicher wird vom umgebenden Heizwasser mit beheizt. Reicht die Sonnenenergie nicht aus, geht auch hier wieder die Ölheizung von selbst an. So kann ebenfalls wieder die gewünschte Speicher-Temperatur erlangt werden. Sind die Pelletpreise oder auch der Heizölpreis mal nicht billig, ist es gut, so viel Energie wie möglich von der Sonne zu erhalten. Dies wird auch im Bereich der Energiemanagementsysteme beachtet.
Bei einem Schichtenspeicher wird das warme Wasser, welches aufgrund seiner geringeren Dichte nach oben steigt, aus dem oberen Teil entnommen. Abgekühltes Heizungswasser wird unten in den Speicher gebracht, durch Sonnenwärme oder die Heizung, ob nun durch Heizöl befeuert oder mit Pellets, wieder erhitzt. Es steigt in den oberen Bereich und wird dort wieder entnommen.
Heizöl und Pellets in Österreich: www.enxa.at
Heizöl und Pellets in der Schweiz: www.enxa.ch