Solare Warmwasserbereitung Schlüsselfakten

Photovoltaikanlagen geben derzeit zu Recht den Ton im Hinblick auf Solarenergie und den immer beliebter werdenden Ökostrom an. Aber auch solare Warmwasserbereitungssysteme spielen darin eine entscheidende Rolle. Warmwasser macht im Schnitt 18% der Energierechnung einer durchschnittlichen Familie aus.

Thermische Solaranlagen zur Warmwasserbereitung eignen sich auf Grund ihrer sauberen, bewährten Technologie hervorragend dazu, diesen Umstand auszugleichen. Solare Warmwasserbereitungssysteme können darüber hinaus auch Sonnenlicht hocheffizient in Hitze umwandeln. Die Solartechnik verbessert sich ständig, weshalb diese Systeme auch weiterhin eine wichtige Rolle spielen werden.

Was ist eine Thermische Solaranlage zur Warmwasserbereitung?

Bei einer thermischen Solaranlage zur Warmwasserbereitung handelt es sich um eine Solarpanel (auch Kollektor genannt), das, anstatt Sonnenlicht in Energie umzuwandeln, Sonnenlicht in Hitze umsetzt. Dies kann zur Warmwassererzeugung im Haus oder anderen Gebäuden, in denen das System installiert ist, genutzt werden.

Wie funktioniert eine solare Warmwasserbereitung?

Die Arbeitsweise einer solaren Warmwasserbereitung ist abhängig vom eingesetzten System, der Art der Kollektoren und Zirkulationssystems. Es existieren folgende Arten und Funktionsweisen:

Arten von Kollektorsystemen für die solare Warmwasserbereitung

Speicherkollektoren, auch als Integrierte Kollektorspeichersysteme (ICS) bekannt, heizen das in Tanks oder Rohrleitungen befindliche Wasser, innerhalb einer isolierten Box, auf. Das Wasser wird in diesem Tank gespeichert, bis es benötigt wird. Es kann, unter Beibehaltung hoher Temperaturen, über längere Zeiträume im Kollektor verbleiben. Die Temperatur wird am Wasserhahn unter Nutzung eines sogenannten Ausgleichsventils geregelt, das, wenn nötig, kaltes Wasser zufügt, um die Wassertemperatur für die Nutzung im Haushalt sicherer zu machen. Speicherkollektoren funktionieren nicht mit geschlossenen Kreislaufsystemen. Deshalb sind Speicherkollektoren auch normalerweise nicht für kalte Klimabedingungen geeignet.

Flachkollektoren funktionieren mit Hilfe von Röhren, die sich unter dem Absorberblech befinden. Dabei handelt es sich typischerweise um parallel angebrachte Kupferrohre, mit einem Einlassrohr an einem und einem Auslassrohr am anderen Ende. Die flache Platte sowie die Rohre befinden sich in einer isolierten und mit einem speziellen, gehärteten Glas ummantelten Box.
Flachkollektoren fassen für gewöhnlich ein Volumen von 150 Litern Wasser. Zwei Kollektoren liefern ungefähr die Hälfte des Warmwasserbedarfs einer vierköpfigen Familie.

Vakuumröhrenkollektoren gehören zu den leistungsfähigsten Kollektoren von solaren Warmwasserbereitern, weil sie das Wärmeeffizienzkonzept der Flachkollektoren erweitern. Auch hier werden verschiedene Röhren genutzt, von denen jede mit Wasser gefüllt ist (oder einer Wärmeträgerflüssigkeit), die von der Kollektorplatte aufgeheizt wird. In diesem Fall jedoch, ist die mit der Flüssigkeit gefüllte Röhre, zusätzlich von einer größeren Glasröhre umschlossen. Darüber hinaus befindet sich zwischen innerer und äußerer Röhre ein Vakuum, ähnlich wie bei einer Thermoskanne. Infolgedessen geht nur sehr wenig Energie vom erhitzten Wasser (oder der Wärmeträgerflüssigkeit) verloren.

Auf Grund dieser zusätzlichen Effizienz und Isolierung, funktionieren Vakuumröhrenkollektoren sehr gut in strahlungsarmen, kalten Umgebungen, sogar bei Temperaturen bis -40C. Ein weiterer, nützlicher Vorteil ist, dass die Röhren individuell ausgetauscht werden können. Allerdings hat diese zusätzliche Effizienz und Flexibilität des Systems ihren Preis: Vakuumröhrenkollektoren können pro qm doppelt so viel kosten, wie Flachkollektoren.

Kreislaufsystemtypen von solaren Warmwasserbereitern

Direkte Systeme funktionieren, indem das Wasser durch die Solarkollektoren zirkulieren, welche das Wasser, durch die umgewandelte Sonnenergie in Wärme, erhitzt. Das warme Wasser wird dann in einem Heißwassertank gespeichert. Diese Systeme eignen vor allem für Orte, an denen eher selten Temperaturen unter dem Gefrierpunkt herrschen.

Geschlossene oder indirekte Systeme nutzen eine Wärmeträgerflüssigkeit, um die Wärme aus den Kollektoren auf das in einem Vorratstank befindliche Wasser zu übertragen.

Die Wärme in der Trägerflüssigkeit heizt dann das Wasser im Vorratstank mittels eines sich darin befindlichen Wärmeaustauschers auf, der die Wärme der Trägerflüssigkeit auf das Wasser überträgt. Die Trägerflüssigkeit wird dann zurück in die Kollektoren geführt, usw.

Diese Systeme können ohne Bedenken auch in sehr kaltem Klima eingesetzt werden.

Aktive oder Zwangszirkulation-Systeme verwenden ein System aus elektrischen Pumpen, Ventilen und Kontrolleinheiten, um das Wasser aus den Solar-Kollektoren in den Warmwasser-Vorratstank zu pumpen. Dieses System ist vor allem in Amerika gängig.

Passive Systeme nutzen die natürliche Konvektion (d.h. das schwerere, kalte Wasser bringt das warme Wasser dazu, aufzusteigen), um Wasser aus den Kollektoren in den Warmwasser-Vorratstank zu übertragen.

Bei diesen Systemen sind keine Pumpen erforderlich.

Vorteile und Beschränkungen von solarer Warmwasserbereiter

Vorteile

• Keine Betriebskosten unter Nutzung sauberer, natürlicher Energie, ohne die Notwendigkeit, extern Elektrizität zuzuführen
• Keine Wartung nötig (außer dem Entfernen von Fremdkörpern oder Schmutz)
• Ganzjähriger Betrieb (Leistung hängt von der jeweiligen Spezifikation ab)

• Einsparungen bei der Energierechnung (basierend auf den vorherigen Kosten für die Warmwassergewinnung)
• Platzsparender als PV-Anlagen (z.B. benötigt ein typisches Haus nur 2-3 Kollektoren für die solare Warmwasserbereitung, um Wasser für die Haushaltsnutzung zu erwärmen, während bei PV-Anlagen 10-16 Platten nötig sind, um genügend Elektrizität für den gleichen Haushalt zu produzieren)
• Extrem leistungsfähig. Knapp 80% des durch die Kollektorplatten empfangenen Sonnenlichts wird in Hitze für Warmwasser umgewandelt
• Evtl. kann damit eine Förderung für erneuerbare Energien beantragt werden

Beschränkungen

• Solarkollektoren können nur Wasser erwärmen, während PV-Module Elektrizität generieren, die auch für die Warmwassergewinnung genutzt werden kann
• Es empfiehlt sich eine jährliche Wartung, um sicherzustellen, dass Pumpe und Frostschutzmittel (abhängig vom System) ordnungsgemäß funktionieren
• Erfordert für gewöhnlich die Anbringung eines neuen Heißwasserzylinders, der Platz wegnimmt und eine zusätzliche Investition darstellt

Hinweis: Solare Warmwasserbereitungssysteme können mit einer solaren PV-Anlage ergänzt werden, wenn Sie auf dem Dach über genügend Platz und zusätzliches Budget für diese Anschaffung verfügen. In diesem Fall wird ein Teil der von der PV-Anlage generierten Elektrizität dazu verwendet, eine zusätzliche Warmwasserbereitung zur Verfügung zu stellen, um die Wassertemperatur bei Bedarf zu erhöhen. Dieser Ansatz ist ein effizienter Weg, um alle Ihre Anforderungen an die Warmwasserbereitung zu erfüllen.

Insgesamt gesehen, tragen Solaranlagen zur Warmwasserbereitung wesentlich zur Geschichte der Solarenergie bei und werden zweifellos weiterhin Bestandteil der fortwährenden Verbesserungen in der Solartechnik sein.

Quellenangaben

• Solar Hot Water – How It Works – Energy Matters
• Solar Water Heaters – energy.gov
• Advantages and Disadvantages of Solar Water Heating Panels – Greenpower Technology 07 Jun 2015