Thermische Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung, Heizungsunterstützung und Kühlung. Baugruppen, Größe, Kosten, Lebensdauer, Wartungsaufwand, Montageaufwand, Baugenehmigung, Ausrichtung, Wirtschaftlichkeit, Versicherung, Solaranalyse.

Thermische Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung, Heizungsunterstützung und Kühlung.

Begriffe, Baugruppen, Größe, Kosten, Lebensdauer, Wartungsaufwand, Montageaufwand, Baugenehmigung, Ausrichtung, Wirtschaftlichkeit, Versicherung, Solaranalyse.

Thermische Solaranlagen - Grundlagen
Die wichtigsten Begriffe von A bis Z
Absorber Teil des Sonnenkollektors, der die einfallende Sonnenstrahlung absorbiert, sie in thermische Energie umwandelt und dem Wärmeträger zuführt Absorptionsgrad α Der Absorptionsgrad 1 besagt: Die auftreffende Strahlung wird hundertprozentig umgewandelt. Ein Titan-Nitrit-Oxid-Absorber mit einem α-Wert von 0,95 reflektiert somit 5 % der auftretenden Strahlung. Azimut ist die Winkelabweichung des Kollektors aus der Südrichtung (α = 0°). Die Abweichung nach Osten wird als a = -90° und nach Westen a = +90° definiert. Bestrahlungsstärke ist der Strahlungsfluss, der von einer Flächeneinheit empfangen wird. Ihre Einheit wird in W/m² angegeben (0 bis 1000 W/m²). Beschichtung, selektive Die selektive Beschichtung des Absorbers sichert eine hohe Aufnahme der einfallenden Sonnenstrahlung (Absorption ca. 95%). Die Emission (Abstrahlung) wird dabei weitgehend vermieden. In Langzeittests wurde eine sehr lange Lebensdauer der Titan-Nitrit-Oxid-Beschichtung bestätigt. Diffuse Strahlung Strahlung, die nicht den direkten Weg von der Sonne zum Kollektor nimmt, sondern durch Streuung auf den Kollektor gelangt. Ihre Intensität liegt zwischen 200 und 400 W pro m². Emissionsgrad gibt an, in welcher Größenordnung der Absorber Wärme abstrahlt. Ein Emissionsgrad von 0 besagt, der Absorber verliert keine Energie durch Abstrahlung an die Umgebung Globalstrahlung Summe von direkter, diffuser und reflektierter Sonnenstrahlung, die auf die horizontale Ebene einfällt. Konversionsfaktor oder optische Wirkungsgrad η₀ gibt an, wie viel Prozent der Sonnenstrahlung maximal vom Kollektor in nutzbare Wärme umgewandelt werden kann.	Konvektion Durch Luftzirkulation erzeugte Energieverluste bei einer Temperaturdifferenz zwischen der Glasscheibe des Kollektors und dem heißen Absorber. Nutzwärmeleistung Differenz zwischen der absorbierten Sonnenstrahlung und den Wärmeverlusten des Kollektors. Reflektierte Sonnenstrahlung Die von der Umgebung auf eine Fläche gestreute, direkte und diffuse Strahlung. Vakuum Bei einem Behälter wird der Innendruck durch Absaugen der Luft abgesenkt (evakuiert). Der so entstandene Zustand wird als Vakuum bezeichnet. Als Norm-Luftdruck in Meeresspiegelhöhe wird 1013,25 hPa (Hekto-Pascal) angenommen. Wärmeträger-Flüssigkeit Flüssigkeit, welche die Nutzwärme im Absorber des Kollektors übernimmt und zu einem Verbraucher (Wärmeaustauscher) führt. Es ist bis -30 °C frostsicher und schützt die Solar-Anlage durch enthaltene Inhibitoren vor Korrosion. Wärmeverlust α₀ und α₁(Beiwerte) α₀ ist der konstante Anteil des Wärmeverlustes eines Kollektors und wird sonst als k-Wert bezeichnet. α₁ ist der quadratische Anteil des temperaturabhängigen Wärmeverlustes. Als Aussage über die Wärmeverluste eines Kollektors ist nur die Angabe beider Werte sinnvoll. Je niedriger diese Werte sind, desto besser ist es. Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad eines Solarkollektors ist das Verhältnis von abgeführter Leistung des Kollektors zu zugeführter Leistung der Solarstrahlung. Einflussgrößen sind u. a. Umgebungs- und Absorbertemperatur.
Baugruppen	Standartgröße von Kollektorfläche und Speicher
Eine Solaranlage besteht aus den Hauptbaugruppen: - Solarkollektoren - Solarsteigleitungen - Pumpenbaugruppe, Ausdehnungsgefäß, Sicherheitseinrichtung - Solarregelung (in d. R. Temperaturdifferenzregelung) - Solarspeicher (bivalente, Kombi-, Schichtenlade- und Pufferspeicher) > Schema	Beispiel Kleinanlage 4-Pers.-Haushalt, Süddach: Für Trinkwassererwärmung ca. 6 m² Flachkollektoren (Faustformel pro Pers. max. 1,5 m² Kollektorfläche) oder 5 m² Vakuumröhren und 300 l Speichervolumen. Für Heizungsunterstützung mindestens 9 m² Flachkollektoren oder 7 m² Vakuumröhren und 1000 l Speichervolumen.
Kosten	Wartungsaufwand und Lebensdauer
Investitionskosten (Beispiel Stand 2009) Anlagen zur Trinkwassererwärmung für einen 4-Personen-Haushalt mit ca. 5 m² Flachkollektoren inklusive Montage ca. 4.000 bis 6.000 €. Kombianlagen zur zusätzlichen Raumheizung ca. 8.000 bis 12.000 €. Komplettanlagen mit Vakuumröhrenkollektoren sind etwa um 30 % teurer als Anlagen mit Flachkollektoren.	Solarwärmeanlagen sollten alle ein bis zwei Jahre überprüft werden (vom Installateur). Wichtig sind die Überprüfung des Frostschutzmittels und des Reglers. Lebensdauer von hochwertigen Anlagen ca. 20 Jahre.
Montageaufwand und Dauer	Baugenehmigung
Die Installation (EFH) dauert ca. zwei bis drei Tage. Die Kollektoren werden auf das Dach montiert, dann wird die Solarleitung und Steuerkabel zum Keller verlegt. Im Keller wird der Solarspeicher und die Regelung installiert und mit der konventionellen Heizung verbunden.	Eine Baugenehmigung ist in d. R. nur erforderlich, wenn die Kollektoren auf denkmalgeschützten Gebäuden und Ensembles installiert werden soll.
Ausrichtung und Neigung
Optimalen Ertrag bringt eine Ausrichtung der Kollektoren nach Süden mit einer Neigung von ca. 25° - 45°. Abweichungen aus der Südausrichtung um 45 Grad sowie Neigungswinkel zwischen 10 und 50 Grad reduzieren den jährlichen Anlagenertrag: Schräg (30°) SW oder SO: Ertrag 95%; Ost oder West: 85% Flach (0°) Ertrag 95% Senkrecht (90°) Süd: Ertrag 70%; SW oder SO: 65%; Ost oder West: 50%	Ob Anlagen mit Nachführungssystemen in der Realität über 22 Jahre einen höheren Ertrag bringen, muss sich erst noch zeigen. Entscheidender sind eine gute Planung, hochwertige Komponenten, fachgerechte Installation und eine umfassende Qualitätssicherung. Sind die Abweichungen von Süd >30°, ist auch eine Ost-West Anlage sinnvoll. Dabei werden die Kollektoren zu gleichen Teilen auf der Ost- und Südseite montiert. Bei O-W-Anlagen ist eine spezielle Verschaltung notwendig.
Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen
Die oft vertretene Meinung, dass sich Solaranlagen nicht rechnen und noch zu teuer sind, muss differenziert betrachtet werden. Den sicheren Nachweis erbringt eine > Solaranalyse. Dabei müssen u. a. drei wesentliche Faktoren berücksichtigt werden, der jetzige Energiepreis, die Anlagenkosten und der jährliche Ertrag. Damit lässt sich die wirtschaftliche Amortisation der Anlage berechnen (= Zeitdauer, wann die Anlage während ihrer Lebensdauer über die eingesparten Energiekosten bezahlt ist). Die Lebensdauer sollte dabei mindestens 15 bis 20 Jahre betragen. Allein durch die steigenden Energiepreise wird die Amortisationszeit immer kürzer. Wichtig ist, dass sich die Solaranlage während Ihrer Lebenszeit amortisiert. Es gibt wenige Produkte, die sich amortisieren. Beim Kauf einer neuen Küche für 15.000 &€;, oder eines Ölkessels für 4000 &€; fragt leider keiner nach der wirtschaftlichen Amortisation, aber bei einer Solaranlage.	Mit einer optimal ausgelegten Solaranlage für die Trinkwassererwärmung (Wasser zum Duschen, Baden, Trinken) sind über 50% Energieeinsparung erreichbar. Das ist energetisch ein gutes Ergebnis, selbst wenn umgerechnet die eingesparten jährlichen Kosten für einen 3-4 Personen-Haushalt für die Trinkwassererwärmung bei mittleren Verbrauch (pro Person 40 l/Tag, Ölpreis ca. 50 Ct/l) ca. 80 bis 100 €; betragen. Durch die immer noch relativ niedrigen Energiepreise ergeben sich demzufolge noch längere Amortisationszeiten. Bei Anlagen zur solaren Heizungsunterstützung sollte im Altbaubereich, durch die höheren Investkosten, immer die Wirtschaftlichkeit vor der Installation überprüft werden. Allerdings ist eine Verbesserung der Umwelt nicht in Geld aufzuwiegen! Von entscheidender Bedeutung für die Ökologie ist die Gesamtsumme der installierten Anlagen bzw. der Ertrag dieser Anlagen.
Versicherung von Solaranlagen
Montageversicherung Es werden Schäden, die schon während der Montage und vor der Inbetriebnahme entstehen, abgesichert. Häufig gibt es zwischen Montage und Inbetriebnahme noch eine Schwebezeit (Gefahrenübergang). Die Vertragspartner sollten im Vertrage genau regeln, wann das Risiko vom Installateur auf den Anlagenbetreiber übergeht. Haftpflicht-/Wohngebäudeversicherung Solarthermische Anlagen sind in d. R. in die Haftpflicht-/Wohngebäudeversicherung integriert. Diese decken Risiken bzgl. Glas und Wasser/Flüssigkeiten ab (Feuer, Leitungswasser, Hagel). Schneedruck und Überschwemmung werden allerdings separat behandelt! Betreiberhaftpflichtversicherung Ratsam vor allem bei größeren Anlagen auf gemieteten oder gepachteten Dächern.	Allgefahrenversicherung Schneedruck, Hagel, Brände und Blitzeinschläge etc. können großen Schaden an den Anlagen anrichten. In der Allgefahrenversicherung sind alle Gefahren (Ertragsausfall, Vandalismus, Diebstahl, Hagel, Sturm, Schneedruck, Brand und Blitzschlag und oft auch Bedienungs- und Konstruktionsfehler) versichert, die die nicht als Ausschluss (Krieg, Abnutzung, Erdbeben oder Streik) definiert werden. Hinweise Vor dem Abschluss sind nicht nur die Preise der Versicherungen zu vergleichen, sonder vor allem die Leistungen, wie Selbstbehalte, Tagesentschädigung, Haftzeit oder Erdbebenrisiko. Zukünftig müssen Versicherungen mehr auf Qualitätskriterien achten und besonders auf die Einhaltung der Schnee- und Eislasten nach DIN 1055-5. Mehr Infos über Versicherungen z. B. unter www.diehanauer.de
Anwendung Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung
Solare Trinkwassererwärmung
Die Hauptanwendung in Deutschland liegt z. Z. in der solarthermischen Trinkwassererwärmung (Wasser zum Duschen, Baden, Trinken) in den Sommermonaten (Anlagenschema s. Bild ). Zum Einsatz kommen hauptsächlich Flachkollektoren. Die Kollektorfläche ist hauptsächlich abhängig von der Leistung des gewählten Kollektor, der benötigten täglichen Warmwassermenge und der Lage. Als Speicher werden in d. R. z. B. bivalente Solarspeicher (mit 2 Wärmetauschern) verwendet. Die Systeme zur Trinkwassererwärmung sind auch nachträglich einfach zu installieren und auch durch Fördermittel relativ preiswert.	Trinkwasser- und Energieverbrauch Täglicher Trinkwasserverbrauch pro Bundesbürger ca. 125 l, davon sind ca. 30 bis 40 l warmes Wasser. Somit beträgt der jährliche Energieverbrauch pro Person ca. 500 bis 800 kWh. Deckungsgrad, Energieeinsparung Solarsysteme zur Trinkwassererwärmung können bei richtiger Auslegung einen jährlichen solaren Deckungsgrad von 50-60% (=Energieeinsparung) erreichen. Beispiel 4-Pers.-Haushalt ca. 6 m² Flachkollektoren mit jährlich 60% Deckungsgrad - Juli bis August ca. 100% Deckungsgrad - März bis Mai ca. 71% Deckungsgrad - Dezember bis Februar ca. 22% Deckungsgrad Ergebnis: Einsparung von ca. 300 l/a Heizöl (=2000 Duschgänge/a).
Solaranlagen für Campingplätze (Beispiel)
Die solarthermische Nutzung von Sonnenenergie zur Trinkwassererwärmung ist besonders für Campingplätze eine sinnvolle Alternative zur Beheizung z. B. mit Flüssiggas. Der Bedarf kann in den Sommermonaten fast vollständig abgedeckt werden. Auslegungsrichtwert Kollektorfläche ca. 0,25 m²/Stellplatz Förderung durch EU-Projekt SOLCAMP, Laufzeit 28 Monate Beispiel: Campingplatz für 150 Wohnmobile Duschhaus mit 4 Spülplätzen, 4 Duschanlagen, 10 Waschtische >>	35 m² Flachkollektoren, 12° Süd, 20° Neigung (Flachdach), Deckungsanteil 49,4%. Externes Schichtenlademodul zur Beladung des Puffers in mehreren Zonen, 2000 l Pufferspeicher. Frischwassermodule je 35 l/min in Kaskade zur hygienischen Trinkwassererwärmung (Durchlaufprinzip). Nachheizung mit Gas-Brennwerttherme 54 kW. Zum Frostschutz des Duschhauses im Winter kann zusätzlich der Heizkreis mit einer RL-Anhebung über ein 3-W-Ventil eingebunden werden. Quelle: IKZ FACHPLANER 11/2007
Solare Kombianlagen zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung
Die Zukunft: solare Raumheizung Lange Zeit dienten Solarwärmeanlagen fast nur der Trinkwassererwärmung. Kombianlagen liefern jedoch zusätzlich zur Trinkwassererwärmung vor allem in der Übergangszeit einen beachtlichen Anteil der Wärme für die Raumheizung. Deckungsgrad, Energieeinsparung In gedämmten Häusern können in d. R. 20 bis 30% des gesamten Wärmebedarfs solar erzeugt werden. Bei Niedrigenergiehäusern mit einem Wärmebedarf < 50 kWh/m²a kann man planerisch bis 35% solaren Deckungsgrad ansetzen. Kollektorfläche und Speichergröße Für kombinierte Heizungs- und Trinkwasser-Solaranlagen sind ca. 2 bis 2,5 mal soviel Kollektorflächen vorzusehen wie bei bloßer Trinkwassererwärmung. Beispiel EFH: ca. 12 bis 14 m² Flachkollektoren, 1000 l Speichervolumen Hydraulische Varianten Für eine zusätzliche effektive Heizungsunterstützung in der Übergangszeit (März, April, Mai, September, Oktober) gibt es verschiedene Möglichkeiten. Variante A: Außer einer größeren Kollektorfläche wird zusätzlich zum Solarwarmwasserspeicher ein Pufferspeicher > Bild zum Speichern der Heizungswärme benötigt. Anwendung in d. R. bei Verwendung von Pufferspeichern > 1000 l.	Variante B: Ein Solarkombispeicher vereinigt beide Systeme in einem Speicher (Heizungsunterstützung und Warmwasser) . Kombispeicher gibt es in den verschiedensten Varianten. > Hydraulikschema Schichtenspeicher Die z. Z. modernsten und effektivsten Solarspeicher sind Schichtenladespeicher > Bild, die es je nach Hersteller in unterschiedlichen Konstruktionen gibt. Diese ermöglichen in d. R. eine vollhygienische Trinkwassererwärmung nach dem Durchlauferhitzerprinzip mit internen oder externen Wärmetauscher und eine zusätzliche Heizungsunterstützung z. B. durch Rücklaufanhebung mit einem Solarkombispeicher als Schichtenspeicher > Bild Flach- oder Vakuumröhren-Kollektoren? Nach unserer Auffassung sollten für Anlagen mit einer effektiven Heizungsunterstützung bei Minusgraden und Sonnenschein nur leistungsstarke Vakuumröhren-Kollektoren eingesetzt werden, die auch bei niedrigen Außentemperaturen und diffuser Sonnestrahlung ausreichend Leistung bringen! Die Meinungen zu diesem Thema gehen weit auseinander. Eine Berechnung der Solaranlage mit Ertragsnachweis (s. Solaranalyse) gibt allerdings eine genaue Auskunft darüber. ! Lösungen mit Heizungsunterstützung erfordern Fachkompetenz und Erfahrung bei der Planung und Montage. Eine unabhängige Beratung ist unbedingt zu empfehlen.
Heizen und Kühlen mit Solarenergie
Die Energiekosten von Kälteenergie für Kühlung und Klimatisierung sind höher als bei Wärmeenergie. Um die Energiekosten zu senken, ist die solare Kühlung die optimale Variante. Grundprinzip Bei der solaren Kühlung werden die sommerlichen Überschüsse einer Solaranlage z. B. mittels einer Absorptionskälteanlage in Kälte für Prozesse und Klimatisierung umgewandelt. Die Solaranlage wird gleichzeitig für die Trinkwassererwärmung und in der Übergangs- und Winterzeit zur Heizungsunterstützung verwendet.	Bei fehlendem oder zu geringem Solarertrag wird wie üblich, z. B. mit Erdgas etc., nachgeheizt. Vorteile Der Nutzungsgrad der Solaranlage steigt enorm, da es keinen Stillstand im Sommer gibt. Damit gibt es hier auch keine Überhitzungsprobleme mehr, wie bei den üblichen Anlagen zur Heizungsunterstützung im Sommer. Die Anlage wird in d. R. nach der benötigten Kühllast ausgelegt. mehr > Solarthermische Kühlung
Service Solaranalyse
Wie ermitteln für Ihr Objekt vor Ort Ertrag, Energieeinsparung und Deckungsgrad pro Monat und Jahr, sowie im Rahmen von Lösungskonzepten auch die Kosten Ihrer zukünftigen Solaranlage und vergleichen Produkte diverser Hersteller. Für Großobjekte ist generell zusätzlich eine Planung über ein unabhängiges Ing.-Büro zu empfehlen. Eine Solaranalyse ist der Garant für eine effektive Solaranlage und sichert Sie gegen Fehlentscheidungen ab.	Wir finden für Sie die optimale Solaranlage und halten uns dabei weniger an kernige Werbesprüche und warme Versprechen von Herstellern oder Verkäufern, sondern nur an die messbaren physikalischen Daten und unsere praktischen Erfahrungen! ! Eine unabhängige Solaranalyse empfehlen wir besonders bei Angeboten mit - konkurrenzlos preisgünstigen großen Kollektorflächen (Solardach) - großen Energieeinspar-Versprechen ohne Nachweis - ohne Angabe von nachvollziehbaren Kollektordaten.
Für wesentlich mehr Informationen stehen wir Ihnen mit einer persönlichen Fachberatung jederzeit gerne zur Verfügung.
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