Grundlagen Solarthermie | Solartechnik | Seite 1

Was Sie schon immer über Solarthermie wissen wollten...

Auf dieser und den folgenden Seiten sollen die Grundlagen der Solarthermie eingehender beleuchtet werden. Allgemeinverständliche Erklärungen zu wichtigen Fachbegriffen finden Sie im Energie-Glossar.

Soviel aber vorab: Energie geht weder verloren, noch kann sie erneuert werden. Sie kann lediglich in andere Energieformen überführt werden, ein Phänomen, das als Energieerhaltungssatz bekannt ist.

Dieses allgemeingültige Prinzip findet in der Nutzung der Solarenergie seine praktische Anwendung, wie es in der Photovoltaik und der Solarthermie der Fall ist. Photovoltaische Anlagen wandeln einfallende Strahlung (Licht) in elektrische Energie (Strom) um, thermische Solaranlagen geben die absorbierte Solarstrahlung an ein Wärmeträgermedium (meistens Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch) ab, die u.a. zur Heizungsunterstützung und Trink- bzw. Brauchwassererwärmung genutzt werden kann.

Globalstrahlung

Angesichts der aktuellen Energiediskussion möchte man es kaum glauben, aber Energie ist reichlich und sogar im Überfluss vorhanden. Die Energiemenge, welche Jahr für Jahr als Globalstrahlung auf die Erdoberfläche gelangt übertrifft den Energieverbrauch der gesamten Menscheit um ein Vielfaches.

Die Globalstrahlung ist eine für die Solarenergie wichtige Kenngröße, sie wird als Jahressumme in kW/m² angegeben. Sie setzt sich aus direkter und diffuser Strahlung zusammen und beschreibt die auf der Erdöberfläche eintreffende Solarenergie zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort.

Die Intensität der Einstrahlung wird dabei sowohl von den aktuellen Wetter- und Klimaverhältnissen als auch vom Einfallswinkel der auftreffenden Strahlen beeinflusst, mithin also von Tageszeit, Jahreszeit und Breitengrad.

Die Globalstrahlung ist nicht zu verwechseln mit der Solarkonstante. Diese beschreibt gewissermaßen das kosmische "Strahlungsangebot", d.h. ohne den Einfluss der Erdatmosphäre. Sie ist definiert als diejenige Strahlungsleistung, die außerhalb der Erdatmosphäre senkrecht auf eine Fläche bestimmter Größe trifft, ihr Wert beträgt etwa 1,36 kW/m². Von dieser Einstrahlung erreichen nur etwa 52% als diffuse oder direkte Strahlung (= Globalstrahlung) die Erdoberfläche. Die verbleibenden 48% werden durch Wolken und Aerosole absorbiert, reflektiert und selektiv gestreut.

Die Globalstrahlung ist ein wesentliches Kriterium für die Berechnung und Auslegung von Solaranlagen, aus ihrem Wert lassen sich schon in der Planungsphase Aussagen über Anlagengröße, Energieausbeute und Amortisationszeit ableiten.

Jährliche Sonneneinstrahlung in Deutschland

Es ist ein weit verbreiteter Irrtum, dass sich Solarenergie nur in besonders sonnenreichen Regionen nutzen ließe. In Deutschland schwankt die jährliche Solareinstrahlung um einen Wert von etwa 1.000 kWh/m², im Süden etwas mehr, im Norden etwas weniger. Schon bei einer Kollektorfläche von 6 m² reicht dies beispielsweise aus, um einen 4-Personenhaushalt in den Sommermonaten komplett mit Warmwasser zu versorgen. Die genauen Werte für Ihre Region zeigt die Solarkarte.

Solarer Deckungsgrad/-anteil

Der solare Deckungsgrad/-anteil gibt an, wie hoch der Anteil der Solarenergie an der Verbrauchsenergie ist. Die naheliegende Folgerung "je höher, desto besser" erweist sich jedoch bei genauerer Betrachtung schnell als Trugschluss.

Da die Sonneneinstrahlung im Laufe eines Jahres erheblich schwankt, kann auch der Wärmeertrag einer Solaranlage nicht konstant sein. Zudem besteht eine Diskrepanz zwischen Solarangebot und nachgefragter Wärme, soll bedeuten: in Monaten mit hoher Einstrahlung besteht kein oder nur wenig Heizbedarf, im Winter und in den Übergangszeiten kann die benötigte Wärme durch Solarenergie allein nicht gedeckt werden. Es muss also zugeheizt werden, wobei der realisierbare solare Deckungsanteil für den Raumwärmebedarf vom Gesamtdämmungszustand Ihres Hauses abhängt.

Bei der Bereitstellung von Warmwasser ist die Ausgangslage etwas günstiger, da der Warmwasserbedarf eines durchschnittlichen Haushalts übers Jahr annähernd gleich bleibt, die Lücke zwischen Angebot und Nachfrage wird also kleiner. Eine Solaranlage sollte so dimensioniert sein, dass sie etwa 60% des Bedarfs an Warmwasser im Jahr abdecken kann. Damit wird in den meisten Fällen eine nahezu 100%-ige Deckung des Warmwasserbedarfs in den Sommermonaten erreicht, d.h. der Heizkessel kann im Sommer zumeist ganz abgeschaltet werden.

Ein (zu) hoher solarer Deckungsanteil führt im Sommer zu Überkapazitäten, die nicht genutzt werden können. Folge ist ein schlechteres Preis-Leistungs-Verhältnis, schlechtere Wirtschaftlichkeit überhaupt. Manchmal ist weniger eben doch mehr.

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