Solarenergie pur: Schwerkraft - Solaranlage mit Flachkollektoren

Schwerkraftanlagen kommen ohne Pumpe und Regelung aus

Normalerweise kommt der Kollektor aufs Dach und der Speicher in den Keller. Das bedeutet, dass eine Umwälzpumpe die Trägerflüssigkeit vom Speicher zum Kollektor transportieren und den Solarkreislauf in Gang halten muss. Gesteuert wird dieser Vorgang von der elektronischen Solarregelung: Temperaturfühler ermitteln laufend die Werte in Speicher und Kollektor; ist die Temperatur in den Kollektoren höher als im Brauchwasserspeicher, sind Wärmegewinne möglich. Dann wird kaltes Wasser nach oben in den Kollektor gepumpt, und gleichzeitig heizt die solar erwärmte Trägerflüssigkeit über Wärmetauscher den Speicher im Keller auf.

Wir nutzen die Schwerkraft, sie ist da und kostet nichts!

Keine Pumpen, keine Elektronik, keine Hilfsenergie (Elektroenergie), sehr Wartungsarm – dadurch keine zusätzlichen Wartungskosten

Das Prinzip ist ganz einfach: Die Strahlung der Sonne erwärmt im Kollektor die Solarflüssigkeit, deren Dichte mit der Erwärmung abnimmt. Sie wird leichter und steigt - entsprechend dem Gesetz der Schwerkraft - in den Leitungen nach oben. Eine zusätzliche Pumpe erübrigt sich. Auch auf die Regelung kann verzichtet werden, denn die Sonne steuert den Fluss des Trägermediums: Scheint sie, steigt die erwärmte Trägerflüssigkeit in den Steigleitungen nach oben. Dort heizt sie den Speicher, in dem sich das Brauchwasser befindet, über einen großflächigen Mantel-Wärmetauscher auf. Die abgekühlte Solarflüssigkeit fließt wieder zum Kollektor zurück - der Kreis schließt sich.

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Skizze der Unter-Dach-Montage des Speichers

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Speicher und Kollektor auf einem Gestell (z.B Gartenaufstellung)

Thermische Solaranlage

Solaranlage zur Beckenwasserwärmung

Kunststoffabsorber kommen aufgrund ihrer begrenzten Druck- und Temperaturbeständigkeit hauptsächlich zur Beckenwasserwärmung für Schwimmbäder zum Einsatz. Für diesen Einsatzfall liegt das gewünschte Temperaturniveau nur knapp über der Umgebungstemperatur. Hier genügen einfache Absorber aus Kunststoff, die wegen ihrer geringen Arbeitstemperaturen unabgedeckt auf einem Flachdach verlegt werden. Für die Anbringung der Absorbermatten eignen sich flache und geneigte Dach- sowie Rasenflächen. Da sie zur Gänze aus Kunststoff bestehen, bieten sie den Vorteil, dass sie im Einkreissystem betrieben werden können; d.h. das chlorierte Beckenwasser kann mittels einer Umwälzpumpe direkt ohne Zwischenschaltung eines Wärmetauschers durch die Absorber fließen. Ist schon eine Filterpumpe vorhanden, kann auch diese für den Solarkreislauf eingesetzt werden. Voraussetzung ist eine entsprechende Dimensionierung der Pumpe. Kunststoffkollektoren sind nur im Sommerhalbjahr in Betrieb und müssen vor dem ersten Frost entleert werden.

Solaranlage zur Brauchwasserbereitung (Einfamilienhäuser)

Der Haupteinsatzbereich von thermischen Solaranlagen liegt derzeit bei der Brauchwasserbereitung in Einfamilienhäusern. Üblicherweise erfolgt die Warmwasserbereitung in unseren Breiten mit elektrischem Strom, Gas oder über eine Zentralheizungsanlage, die entweder mit Festbrennstoffen, Gas oder Öl befeuert wird. Wird im Sommer die Warmwasserbereitung mittels eines Heizkessels durchgeführt, so arbeitet dieser mit einem äußerst schlechtem Wirkungsgrad. Aus diesem Grund ist in den Monaten, in denen keine Raumwärme benötigt wird, eine solare Warmwasserbereitung wesentlich umweltfreundlicher.

Das Energieangebot der Sonne reicht aus, um im Sommerhalbjahr - je nach Dimensionierung der Solaranlage - den Warmwasserbedarf zwischen 80 % und 95 % zu decken. In der Übergangszeit und in den Wintermonaten reicht das Energieangebot der Sonne aber immer noch zum Vorwärmen des Brauchwassers; d.h. das kalte Wasser muss vom Heizkessel bzw. von der elektrischen Heizpatrone nur noch um eine geringere Temperaturdifferenz nachgeheizt werden.

Funktion einer thermischen Solaranlage zur Brauchwasserbereitung für ein Einfamilienhaus

Die in den Kollektoren gewonnene Wärme gelangt über den Wärmetauscher in den Solarspeicher. Die Umwälzpumpe wird durch die Solarsteuerung abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher ein- und ausgeschaltet. Der Kollektorfühler misst die Temperatur im Kollektor, der Speicherfühler die im Speicher im Bereich des Solarwärmetauschers. Ist die Kollektortemperatur um eine eingestellte Temperaturdifferenz wärmer als der Speicher, wird die Pumpe eingeschaltet und die Wärme vom Kollektor zum Wärmetauscher transportiert. Eine sorgfältige Fühlerplazierung ist Voraussetzung dafür, dass die Pumpe wirklich nur läuft, wenn der Energieeintrag in den Speicher positiv ist. Ein Rückschlagventil verhindert, dass der Kreis nachts in Thermosiphonwirkung rückwärts läuft und Energie vom wärmeren Speicher zum kälteren Kollektor zirkuliert. Das Expansionsgefäß nimmt die Ausdehnung des Wärmeträgers und eventuell auch dessen Dampfphase auf und verhindert durch Aufrechterhaltung eines Mindestanlagendrucks ein Ansaugen von Luft durch diverse Verschraubungen. Das Expansionsgefäß sollte über eine Wartungseinheit (9) mit dem Solarkreis verbunden sein, die als Vorabsperrung den eventuellen Austausch ohne vorherige Entleerung der Anlage ermöglicht. Der Entlüfter dient der Abfuhr des aus dem Wärmeträger freigesetzten Gases. Ein Überdruckventil verhindert das Ansteigen des Anlagendrucks über einen zulässigen Maximalwert, wenn andere Funktions- und Sicherheitskomponenten (Regelung, Pumpe, Expansionsgefäß,..) versagen sollten. Die analoge oder digitale Erfassung einiger Messpunkte ist sehr wichtig zur Information des Benützers und zur Anlagenbeurteilung.

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Luftkollektoren

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Funktionsweise

Das Herzstück eines Luftkollektors ist der Absorber. Anstelle von flüssigen Wärmeträgern strömt hier Luft durch die Sonnenlicht-absorbierende Aluminiumrippen. Diese Warmluft kann als Frischluft oder Umluft direkt in die zu beheizenden Räume geleitet werden. Dies ermöglicht eine angenehme und energiesparende Durchlüftung und Erwärmung des Gebäudes. Da Luft frost- und siedesicher ist, können Solar-Luft-Kollektoren problemlos in Gebäudehüllen integriert werden. Ganze Absorberfassaden aus Fassadenkollektoren ersetzen mittlerweile konventionelle Spiegelglasansichten.

Zum Vorteil ist eine kontrollierte Wohnraumlüftung. Damit ist gewährleistet, daß alle Räume bedarfsgerecht beheizt werden.

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Systembeschreibung:

Einfaches, solares Zuluftsystem, das in jedes bestehende oder neue Gebäude eingebaut werden kann. Ermöglicht die solare Durchlüftung und Heizungsunterstützung des Gebäudes. Bei Dauernutzung des Gebäudes ist ein zusätzliches Heizsystem notwendig.

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Betriebsweise:

Aussenluft wird bei solarem Angebot über den Kollektor angesaugt und über ein einfaches Verteilsystem in die einzelnen Räume transportiert. Bei Anlagen mit netzbetriebenem Ventilator ist eine Nutzung der Anlage zur Durchlüftung auch ohne solarer Einstrahlung möglich.

Option: Solare Warmwasserbereitung

Mit der SolarBox und dem darin integrierten Luft-Wasser-Wärmetauscher kann die Anlage zusätzlich zur solaren Warmwasserbereitung eingesetzt werden

Luftkollektoren arbeiten auch im Winter

Das Marktanreizprogramm der Bundesregierung fördert konsequent eine Alternative zu unserer Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen: Mit jährlichen Steigerungsraten von über 40 % gewinnen Anlagen zur thermischen Solarenergienutzung langsam einen nennenswerten Anteil am deutschen Energiemarkt. Denn Niedertemperaturwärme ist beileibe nicht bedeutungslos: Mehr als die Hälfte des gesamten bundesdeutschen Energiehungers werden durch Heizung, Lüftung und Brauchwasserbereitung verursacht. In Turnhallen sind dies in der Regel über 90 %.

Ein Großteil dieser Energie kann durch die thermische Nutzung von Solarenergie, also den Einsatz von Sonnenkollektoren bereitgestellt werden. Kollektoren sind mittlerweile technisch ausgereift, mit Spitzenwirkungsgraden von 70% können sie Sonnenergie in Wärme wandeln. Neben den vor allem im Wohnhausbereich bekannten Wasserkollektoren zur Brauchwasserbereitung spielen in größeren Gebäuden Solar-Luft-Systeme eine herausragende Rolle. Sie unterstützen im Winter und in der Übergangszeit die Heizungs- und Lüftungsanlagen und erwärmen im Sommer das notwendige Brauchwasser.

Ja wenn ich im Süden wohnen würde..

...aber bei uns hier im Norden, das lohnt sich doch nicht! Das ist richtig und falsch. Zwar scheint die Sonne am Äquator mehr als bei uns, doch für Raumheizung benötigen die dortigen Bewohner herzlich wenig Energie. Insofern ist Mitteleuropa der ideale Raum für die thermische Nutzung von Solarenergie. Es ist ausreichend Strahlung vorhanden: in Deutschland pro Jahr zwischen 1.000 und 1.100 kWh pro m2. Zudem müssen unsere Gebäude mehr als die Hälfte des Jahres zugeheizt werden.

Wird ein Gebäude direkt mit warmer Luft beheizt, so wirken bereits relativ geringe Kollektortemperaturen - ab ca. 25 °C - gewinnbringend. Temperaturen, die von einem Sonnenkollektor selbst bei diffuser Einstrahlung auch im Winter leicht erreicht werden. Jedes Grad Temperaturerhöhung bringt bereits eine Energieersparnis Mit relativ einfachen Mitteln können damit je nach Anwendungsfall Energieeinsparungen von circa 30 bis 50 % realisiert werden.

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