Solarenergie - sinnvoll nicht nur für die Umwelt

Wirtschaftlich und problemlos

Die Zeiten, in denen man schräg angeschaut wurde, weil man ein paar Sonnenkollektoren auf dem Dach montiert hatte, sind entgültig vorbei. Und die beiden Stichworte Solarthermie und Photovoltaik sind für die meisten keine Fremdwörter mehr. Keine Frage: Die umweltfreundliche Technik für die Nutzung der Sonnenenergie ist inzwischen so ausgereift, dass sie sinnvoll, wirtschaftlich und problemlos eingesetzt werden kann.

Trend zum Großkollektor bzw. Solardach

Bis etwa Ende 2000 wurde, wenn jemand von "Solarenergie" sprach, dieses Stichwort gleichgesetzt mit der brauchwassererwärmung (fast) zum Nulltarif. Heizungsbauer, die sich mit der solaren Energiegewinnung nicht weiter auseinandersetzen (wollten), haben dann die entprechenden, einfach zu montierenden Kleinkollektoren auf's Dach gesetzt, dabei aber verschwiegen, daß solche Geräte
  • nur einen kleinen Beitrag zur Umweltentlastung und
  • nur einen kleinen Beitrag zur Energieeinsparung leisten (ca. 8 %)
  • und auch noch im Winter Strom aus dem Netz "zufüttern" müssen.
Den Großteil an Energie verschlingt ja nicht die Warmwasserbereitung, sondern die Heizung. Geht man insbesondere vom wirtschaftlichen Standpunkt aus, so rät "baumarkt.de" zu Großkollektoren oder Solardächern, wie sie inzwischen von vielen Herstellern angeboten werden. Diese sind darauf ausgelegt, nicht nur das brauchwasser zu erwärmen, sondern auch die Heizung zu unterstützen. Dadurch kann bis 30 % Öl- oder Erdgasenergie gespart werden, in Neubauten sogar um die 45 %.
 

Photovoltaik-Anlagen - auch in die Dachziegel integriert


Die wohl bekannteste Möglichkeit, Nutzen aus der kostenlos zur Verfügung stehenden Sonnenenergie zu ziehen, ist die Photovoltaik ("Lichtelektrizität"). Darunter versteht man die direkte Umwandlung der Sonnenenergie in elektrische Energie mit Hilfe von Solarzellen. Diese bestehen aus einem etwa 0,3 Millimeter dünnem Halbleiter, beispielsweise Silizium. Der Halbleiter besteht aus zwei elektrisch unterschiedlich geladenen Materialschichten, zwischen denen durch auftreffendes Licht und die Absorption der Sonnenenergie eine geringe elektrische Spannung entsteht. Koppelt man mehrere dieser Photovoltaikzellen zusammen, entstehen Module, die eine ausreichend große Spannung liefern, um die Energie nutzen zu können. 

Eine optisch sehr interessante Lösung sind Solardachziegel. In speziell geformte Großflächenziegel wie den "Tiefa-XL" des Ziegelhersteller Gebrüder Laumans werden Solarmodule eingelegt und "zusammengeklipst", also miteinander verbunden. Fast fällt gar nicht auf, daß auf dem Dach Strom erzeugt wird. Vorteilhaft ist auch, daß bei einem neu mit solchen Ziegeln eingedeckten Haus ein beispielsweise auf 2,4 kWp ausgelegter Generator in mehreren Stufen auf rund 5 kWp erweitert werden kann, was einer Energieausbeute von ca. 4.250 Kilowattstunden im Jahr entspricht. 

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Solarzellen


Die dabei gewonnene Energie beträgt bei Silizium etwa 0,5 Volt, während die erreichbare Stromspannung (maximal etwa 2 Ampère) abhängig von der Stärke der Lichteinstrahlung ist. Der Wirkungsgrad von Solarzellen hängt von der Temperatur und dem Herstellungsverfahren ab. Den besten Wirkungsgrad bringen die in der Produktion sehr aufwendigen monokristalline Zellen mit 14 bis 17 Prozent, polychristalline Zellen liegen mit 13 bis 15 Prozent nur wenig darunter, während amorphe Zellen, die vor allem in Taschenrechnern, etc. eingesetzt werden, mit 5 Prozent den niedrigsten Wirkungsgrad haben.
 

Dachflächen mit Südausrichtung


Photovoltaik-Anlagen lassen sich problemlos auf Dächern anbringen. Als ideal gelten Dachflächen, die nach Süden ausgerichtet sind. Als Alternative sollte man sich aber auch einmal Solarfassaden durch den Kopf gehen lassen. Zwar ist der Wirkungsgrad geringfügig niedriger als bei der Montage auf dem Dach, allerdings sprechen der Witterungsschutz der Fassade, die zusätzliche Wärmedämmung der Gebäudehülle und die Tatsache, dass Wand-Solarmodule im Winter nicht zuschneien können, für diese Möglichkeit.
 

Solar-Atlanten helfen


Hilfreich bei der Planung sind Karten, die die solare Einstrahlung für den Wohnort wiedergeben. Für Nordrhein-Westfalen, das bevölkerungsreichste Bundesland, hat beispielsweise die Energieagentur NRW (Morianstraße 32, 42103 Wuppertal) einen Solar-Atlas herausgegeben, aus dem sich die durchschnittliche Sonneneinstrahlung für alle Städte und Kreise des Landes genau hervorgeht.
 

Wie den Strom nutzen?


Doch bei der Nutzung von Photovoltaik muss man noch mehr beachten. Der Betreiber einer solchen Anlage muss sich nämlich entscheiden, wie er den gewonnenen Strom nutzen will. Entweder er entscheidet sich für eine netzgekoppelte Anlage oder für eine sogenannte Insellösung. Eine netzgekoppelte Anlage bietet sich gerade für Privathaushalte an. Die in den Solarmodulen erzeugte Energie wird von einem Wechselrichter in Wechselstrom mit einer Spannung von 230 V umgewandelt und bei Bedarf sofort im Gebäude verbraucht. Liegt der Strombedarf im Gebäude höher als die momentane Leistung der Photovoltaikanlage, wird die fehlende Energie dem Stromnetz entnommen.
 

Netzkopplung


Liefert die Photovoltaik-Anlage mehr Strom als benötigt, wird der überschüssige Strom ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Das geht aber nicht so ohne weiteres: Notwendig ist die Abstimmung mit dem Energieversorgungsunternehmen, schließlich müssen eine ganze Reihe von Punkten berücksichtigt werden. Um die Netzanbindung kümmert sich nicht der Bauherr selbst - das ist vielmehr Sache des mit der Installation der Photovoltaik-Anlage beauftragten Elektro-Installateurs.
 

Insellösung


Bei Inselsystemen kommt es vor allem auf einen geeigneten Stromspeicher an, in dem überschüssige Energie gespeichert werden kann. In der Regel werden dazu Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkus verwendet. Insellösungen kann man auch mit einem Notstrom-Aggregat und/oder Windenergieanlagen kombinieren. Solche Anlagen machen beispielsweise in abgelegenen Berghütten Sinn. Einfache Insellösungen kommen aber auch in den meisten Parkscheinautomaten zur Anwendung.
 

Solarthermie-Anlagen


Solarthermie-Anlagen schöpfen die Wärmeenergie der Sonne ab und nutzen sie zur Warmwasserbereitung. Das Prinzip ist einfach: Ein Sonnenkollektor wird (meistens auf dem Dach in Südrichtung) montiert. Die Sonnenenergie trifft auf die dunklen Systeme, die die Energie aufnehmen (absorbieren) und in Wärme umwandeln. Die Absorber sind meistens schwarz und bestehen in der Regel aus Kupfer, Aluminium oder aus Kunststoffen. Diese Materialien müssen so behandelt werden, dass sie möglichst viel der auftreffenden Sonnenstrahlung absorbieren. Dazu wird beispielsweise Titan-Nitrid-Oxid in einem Vakuum-Verfahren auf das Metall aufgedampft. Der Absorber wird von einem sog. Wärmeträger durchströmt, der die gewonnene Wärme annimmt und abtransportiert. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, baut man Absorber in gut gedämmte Gehäuse ein. Diese werden an der Oberseite mit Glas verschlossen. Dieses Verfahren hat drei Vorteile: Der Absorber wird vor Witterungseinflüssen geschützt, die Wärmeabstrahlung des Absorbers kann nicht aus dem Kollektor hinaus (treibhauseffekt) und es kommt nicht zu Wärmeverlusten durch vorbeiwehende kühlere Luftströmungen.
 

Flachkollektoren sind preiswert


Diese klassischen Flachkollektoren sind preiswert und können beispielsweise in oder auf dem Dach montiert werden. Höhere Wirkungsgrade (bei höherem Preis) bieten Vakuumkollektoren oder Vakuum-Röhrenkollektoren, bei denen ähnlich wie bei einer Thermoskanne die guten Isoliereigenschaften eines Vakuums ausgenutzt werden. Dadurch können wesentlich höherer Wassertemperaturen erzeugt werden. Das Problem an der Solarthermie ist, dass das Angebot an Sonnenenergie meistens dann zur Verfügung steht, wenn kein Bedarf an Warmwasser vorliegt, und umgekehrt. Daher macht Solarthermie ohne einen Speicher keinen Sinn.
 

Den Speicher nicht vergessen


Üblich sind in Deutschland Solaranlagen mit zwei Kreisläufen: In den Kollektoren fließt ein Wärmeträger (z.B. ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch), der mit einer Pumpe vom Kollektor zum Warmwasserspeicher transportiert wird. Dort wird über einen Wärmetauscher das Wasser im Speicher erwärmt. Diese Warmwasserspeicher sind im Idealfall hoch und schlank, da sich dann im Speicher Wasserschichten unterschiedlicher Temperatur bilden können und nicht immer der gesamte Behälter aufgeheizt werden muss.
Förderung
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