Solarthermie
Dank der intelligenten Kombination von Architektur und Haustechnik ist die Solarthermie vor allem auf dem Gebäudesektor eine treibende Kraft geworden. So kommen in Niedrigenergiehäusern, bei denen die Solaranlage zur Heizungsunterstützung eingesetzt wird, sinnvoller Weise Wandheizungen zum Einsatz, die – wie auch die Trinkwasserinstallation – aus Kupfer bestehen. Und das nicht ohne Grund: denn Kupfer ist aufgrund seiner besonderen Materialeigenschaften in Verbindung mit den speziellen Anforderungen der Solarthermie hier eindeutig nicht nur der führende, sondern auch der beste Werkstoff.
Wesentliche Bestandteile der Solaranlagen sind aus Kupfer: Die Absorberflächen in Sonnenkollektoren bestehen zu rund 90 Prozent aus ca 0,2 mm dünnen Kupferblechen, die selektiv beschichtet sind. Aber nicht nur hier ist Kupfer zu finden. Auch in den Anbindeleitungen, Wärmetauschern, Pumpen, Steuerkabeln und Absperreinrichtungen ist dieser hochwertige Werkstoff mit Anteilen von bis zu 100 Prozent vorhanden.
Funktion einer solarthermischen Anlage
Herzstück einer thermischen Solaranlage ist der Kollektor. Ein Flachkollektor, die am weitesten verbreitete Bauform eines Kollektors, besteht aus einem selektiv beschichteten Kupferabsorber. Er dient zur Absorption („Aufnahme”) der einfallenden Sonnenstrahlung und zu ihrer Umwandlung in Wärme. Zur Minimierung von thermischen Verlusten wird dieser Absorber in einen wärmegedämmten Kasten mit transparenter Abdeckung eingebettet. Die Abdeckung besteht in der Regel aus eisenarmem Sicherheitsglas. Beim Vakuumröhrenkollektor ist jeder Absorberstreifen in eine evakuierte Glasröhre eingebaut. Die annähernd verlustfreie Wärmedämmung des Vakuums ermöglicht besonders hohe Arbeitstemperaturen, die unabhängig von der Außentemperatur sind. Damit lässt sich dieser Kollektortyp besonders gut zur winterlichen Heizungsunterstützung einsetzen. Der Absorber wird von einer Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt, die zwischen Kollektor und Warmwasserspeicher zirkuliert. Bei dieser Flüssigkeit handelt es sich meistens um ein Gemisch aus Wasser und ökologisch unbedenklichem Frostschutzmittel, bei einigen Anlagentypen auch um reines Wasser. Thermische Solaranlagen werden über einen Solarregler in Betrieb genommen. Sobald die Temperatur am Kollektor die Temperatur im Speicher um einige Grad übersteigt, schaltet die Regelung die Solarkreisumwälzpumpe ein und die Wärmeträgerflüssigkeit transportiert die im Kollektor aufgenommene Wärme in den Speicher.
Anwendungsgebiete thermischer Solaranlagen
Solare Trinkwassererwärmung
Die solare Trinkwassererwärmung stellt den idealen solarthermischen Anwendungsfall dar. Die Voraussetzungen sind hier besonders günstig, da der Trinkwasserwärmebedarf eines Haushaltes über das Jahr annähernd konstant ist. Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung zeichnen sich durch eine einfache Anlagentechnik aus und sind technisch ausgereift. Die Übereinstimmung zwischen solarem Energieangebot und Energiebedarf ist daher größer als bei der Nutzung zur Raumheizung, deren Hauptanwendungsgebiet eher in den Wintermonaten liegt. Mit einer richtig dimensionierten Anlage kann man jährlich 50 bis 65% des Trinkwasserwärmebedarfs mit Sonnenenergie decken. Im Sommer kann meistens sogar der gesamte Trinkwasserwärmebedarf durch die Solaranlage bereitgestellt werden. Die angebotene Sonnenenergie lässt sich zudem noch besser nutzen, wenn anstatt der herkömmlichen Geräte Waschmaschinen und Geschirrspüler mit Warmwasseranschluss zum Einsatz kommen.
Heizungsunterstützung
Solarsysteme sind heute in der Lage, die Raumheizung in der Übergangszeit und im Winter effizient zu unterstützen. Dadurch wird dieses Anwendungsgebiet der Solarthermie immer interessanter.
Durch die fortwährende Reduzierung der Wärmeverluste moderner Gebäude kann mit einer Solaranlage ein immer größerer Anteil der Heizenergie eingespart werden. Damit die Solaranlage wirksam in die vorhandene Heizung einspeisen kann, ist ein niedriges Heiztemperaturniveau wichtig. Außerdem ist eine Vergrößerung der Kollektorfläche und ein zusätzliches Speichervolumen notwendig.
Am Anfang dieser Entwicklung stand neben der Vergrößerung der Kollektorfläche eine Ergänzung des Solarspeichers zur Trinkwassererwärmung um einen Pufferspeicher. Um die Anschaffung, Installation, Regelung und den Platzbedarf einer solchen Anlage zu vereinfachen, wurden in den letzten Jahren hocheffiziente Kombispeicher entwickelt. Sie vereinen Trinkwasser und Pufferspeicher auf engstem Raum.