Solartechnik - alles rund um die thermische Solaranlage
Das Wort "Solar" bedeutet: "von der Sonne".
Die Sonne ist das Zentralgestirn unseres Sonnensystems. Sie ist es, die uns das Leben auf der Erde ermöglicht.
1,3 kW schickt die Sonne je Quadratmeter aus dem Weltraum auf die Erde. Durch die Lufthülle wird davon einiges absorbiert und vor allem reflektiert, so daß in unseren Breiten bei klarem Himmel im Sommer etwa 700 Watt/m2 und im Winter mittags sogar nur 247 W/m2 auf dem Erdboden ankommen. Diese Energiemenge wird uns kostenlos zur Verfügung gestellt. Doch diese Energie gut auszunützen erfordert schon einigen Aufwand.
Solaranlagen haben ihren Reiz!
Die Wärme und Energie der Sonne einzufangen, aufzuheben und bei Bedarf wieder hervorzuholen und zu benutzen scheint eine gute Möglichkeit für kostenlose Energie zu sein.
Leider scheint die Sonne "zu viel", wenn wir nicht heizen müssen, und wenn wir die Heizung brauchen, scheint sie eben zu wenig. Und leider läßt sich Wärmeenergie in keiner Weise einfach (preisgünstig, also rentabel) über längere Zeit aufheben.
Ein Ansatz sind Eisspeicher, bei denen Wärme, vor allem im Bereich um den Gefrierpunkt, mit Hilfe einer Wärmepumpe auf ein nutzbares Niveau gebracht wird. Dabei macht man sich zu nutze, daß Wasser beim Auftauen ganz viel Energie benötigt (Schmelzwärme, Schmelzenthalpie, eine Art von Latentwärme). Friert man dieses Wasser anschließend mit einer Kältemaschine (Wärmepumpe) wieder ein, so kann man genau diese Wärmemenge wieder herausholen. Dieses Verfahren nutzen wir in viel kostengünstigerer Weise mit den Grabenkollektoren, die wir in Verbindung mit unseren Sole-Wasser-Wärmepumpen empfehlen.
Sonnenwärme mit einer Solaranlage einfangen
In unseren Breiten sind Solaranlagen nicht sehr wirtschaftlich, besonders im Winter, wenn wir die meiste Wärme brauchen. Im Sommer liefern die Anlagen viel Wärme, die aber auch mit allem heißen Duschen nicht gebraucht wird. Erst durch die Marktanreizprogramme der Regierung (BAFA-Förderung) werden Solaranlagen in unseren Breiten auch wirtschaftlich sinnvoll und geben Ihnen als Bewohner eines Hauses einen Vorteil. Ohne diese Fördermittel sind Solaranlagen oft nicht rentabel.
Gegenüber der Erzeugung von Warmwasser mit Gas ergibt sich für Sie mit einer Solaranlage folgende Einsparungsmöglichkeit (Preisstand Januar 2020):
Personen | Liter/Tag | kWh/Jahr | ct/kWh (Gas) | €/Jahr | Einsparung | In € | 15 Jahre € |
1 | 45 | 1.000 | 6,8 | 68,00 | 50% | 34,00 | 510,00 |
4 | 180 | 4.000 | 6,8 | 272,00 | 50% | 136,00 | 2.040,00 |
Bei einem Anschaffungspreis von 3.000 bis 10.000 Euro (einschließlich Installation) wird klar, daß sich solch eine Anlage ohne BAFA-Förderung nicht amortisiert.
Nutzen Sie die Anlage auch zur Heizungsunterstützung, sieht die Rechnung etwas günstiger aus, aber Sie müssen darauf achten, daß Ihr Pufferspeicher ausreichend Volumen hat, damit Sie speziell in der Übergangszeit alle anfallende Sonnenenergie auch wirklich für das Heizen am Abend aufheben können! Ein Rechenbeispiel haben wir dafür leider nicht. In der Regel wird davon ausgegangen, daß beim Einsatz einer Solaranlage von moderater Größe ca. 10% der jährlichen Heizkosten gespart werden können. Doch soweit wir dies abschätzen können, sind wir auch für Heizen mit Sonnenenergie zu weit im Norden, um wirklich einen wirtschaftlichen Vorteil zu bekommen. Aber hier ergibt sich ein echter Vorteil für Sie aus der BAFA-Förderung für eine Vakuumröhrenanlage!
Kunden, die bereits seit einiger Zeit eine thermische Solaranlage besitzen haben uns den geringen Nutzen bestätigt.
Mittlere Abdeckung der Warmwasserbereitung in Deutschland mit
einer Solaranlage von ca. 6 m² bei 3 - 4 Personen im Haushalt.
Bei einer installierten Kollektoranlage mit ca. 10 m² liefert Ihnen diese allerdings gut 90% des Warmwassers in den Monaten April bis September!
Haben Sie eine Holzheizung, so ist neben dem wirtschaftlichen Vorteil auch der Nutzen an Bequemlichkeit ein wichtiger Faktor, denn mit der Sonne als Lieferant für die Energie für die Brauchwassererwärmung sparen Sie sich schon mit 50 - 90 Röhren unserer Vakuumröhren-Sonnenkollektoranlagen fast alles Anheizen zwischen April und September.
Verlieren wir durch solch einen Rat nicht Kunden?
Ja, das kann sein. Aber wir wollen wirklich Ihr Bestes!
Warum werden aber dennoch so viele Solaranlagen eingebaut?
Die Bundesregierung hat wegen des angeblichen menschgemachten Klimawandels (Achtung! Die Seite ist nicht mehr online und hier im Internetarchiv aufgerufen. Verlinkungen, die nach außerhalb der Seite weisen, bitte kopieren und direkt aufrufen!) das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) verabschiedet, in dem festgelegt wurde, daß jedes nach dem 1. Januar 2009 erstellte Wohngebäude einen Teil der Wärmemenge aus sogenannten "erneuerbaren Energien" beziehen muß, zu denen auch die Sonnenenergie gezählt wird.
Unsere Regierung hat nie behauptet, daß dies rentabel sei. Deshalb kann eine Solaranlage in der Gesamtbilanz auch keine Energie einsparen, denn vereinfacht gesagt gilt immer: Energie = Geld!
Ein teureres Verfahren spart also keine Energie und kann somit auch niemals zur Verbesserung irgend einer Bilanz beitragen, schon gar nicht unser Weltklima "schützen"! (Falls Sie mehr zu diesem Thema wissen möchten und wie wir damit betrogen und über laufend höhere Abgaben verarmt werden, empfehlen wir Ihnen diesem Link zu folgen: Klimawandel? Klimalüge! (Achtung! Die Seite ist nicht mehr online und hier im Internetarchiv aufgerufen. Links, die nach außerhalb der Seite weisen, bitte kopieren und direkt aufrufen!) Sehr gute aktuelle Informationen zum Thema Klima und Energie gibt es immer neu bei EIKE: Europäisches Institut für Klima und Energie)
Deswegen unsere Empfehlung: Bauen Sie sich einen Pelletkessel oder eine Wärmepumpe ein und drosseln Sie Ihre Ausgaben für Sonnenkollektoren.
Bis vor kurzem war auch ich der Meinung, daß Solaranlagen eigentlich fast problemlos funktionieren sollten, wenn sie erst einmal laufen. Doch weit gefehlt! Damit das Wasser, das die Wärme transportiert, im Winter nicht einfriert, wird diesem Glyzerin bzw. Glykol zugesetzt. Das Gemisch wird meist als fertige Solarflüssigkeit angeboten - und zu Recht! Denn genau hier beginnen die großen Schwierigkeiten. Genaugenommen handelt es sich bei der Solarflüssigkeit um ein Wasser- Propylenglykol- Flüssigkeitsgemisch, das vor allem vor dem Einfrieren schützen muß.
Der Frostschutz funktioniert nur bis -25 oder -28 °C. Darunter kristallisiert das Gemisch aus und wird wie kristallisierter Honig. Dabei besteht aber meist keine Gefahr, daß Rohre platzen. Nur die Funktion der Anlage ist nicht mehr gegeben.
Aber schlimmer ist der Sommer, oder wissen Sie, was in Ihrer Solaranlage im Sommer an heißen Sonnentagen geschieht? Die Temperatur erreicht leicht um die 200 °C, vor allem, wenn Ihr Pufferspeicher ganz aufgeladen ist und die Steuerung die Pumpe abschalten muß. Jetzt staut sich die Wärme im Kollektor und muß von diesem über die Luft wieder abgegeben werden. Doch der Kollektor ist ja möglichst gut isoliert! So kann die eingefangene Wärmeenergie nur wieder abgegeben werden, wenn Teile der Anlage so richtig heiß werden.
Die Solaranlage befindet sich nun in der sogenannten Stagnation.
Bei diesen Temperaturen fangen eventuell chemische Komponenten des Frostschutzmittels an sich zu zersetzen. Es kann zu einer Verharzung kommen. Die Harzbestandteile setzen sich an den Rohrwänden des Kollektors ab. Für Vakuum-Röhrenkollektoren ist dies kein großes Problem, da das Kühlmittel nur im Sammler ist, der notfalls gereinigt werden kann. Doch bei Flachkollektoren ist dies ganz anders. Die Rohre im Kollektor können sich in 5 bis 10 Jahren fast völlig zusetzen! Tatsächlich reicht oft schon ein mehrfaches Überhitzen (5 - 10 Mal über 180 °C), damit das Frostschutzmittel thermisch umgewandelt wird (ausgecrackt). Deshalb müssen Solaranlagen vor Stagnation geschützt werden, also dem Stillstand bei vollem Puffer oder auch bei Stromausfall. Die bei uns angebotene Solarflüssigkeit Coracon 5F von Aqua Concept übersteht die Stagnation gut. Allerdings ist es wichtig, daß Sie das Fertiggemisch nie mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten mischen! Sonst sind die Eigenschaften nicht mehr zuverlässig gegeben!
Und eine Reinigung von Flachkollektoren? Ich habe noch kein brauchbares Verfahren gesehen. Hinzu kommt, daß die Zuleitungsrohre zum Pufferspeicher auch mehr oder weniger stark betroffen sein können...
Viele Heizungsbauer, die auch Solaranlagen einbauen, empfehlen keinen Entlüfter oben an der Solaranlage einzubauen. Beim Befüllen und Spülen muß sowieso eine starke Pumpe eingesetzt werden, um alle Luft aus der Anlage herauszubekommen. Es wird dabei der oben befindliche Entlüfter also nicht benutzt. Kommt eine Solaranlage aber in Stagnation und der oben am Kollektor montierte Entlüfter ist in Funktion (offen), so wird der sich bildende Wasserdampf aus dem Entlüfter entweichen. Auf diese Weise wird ihre Solarflüssigkeit eingedickt, "eingekocht" und immer weniger. Sollte Ihnen dies passiert sein, müssen Sie die Anlage nur mit Wasser wieder auf den Nenndruck bringen. Aber schließen Sie unbedingt den Entlüfter und lassen Sie ihn geschlossen! Allerdings sollten Sie dafür demineralisiertes Wasser verwenden, wie etwa aus unseren Umkehrosmoseanlagen! Doch die Frost- und Korrosionsschutzeigenschaften sind dann nicht mehr gewährleistet! Die Hersteller der Solarflüssigkeiten weisen darauf hin, daß Sie kein Wasser einfüllen sollten.
Um allen diesen Problemen aus dem Weg zu gehen, gibt es aber ein sehr praktisches Verfahren:
Drain-Back-Systeme (Entleerungssysteme) verwenden normales Heizungswasser ohne alle Zusätze. Wird es zu heiß oder zu kalt, sorgt die Steuerung dafür, daß alles Wasser aus dem Kollektor in einen entsprechenden Vorratstank zurückfließt. Erst wenn der Licht- und Temperaturfühler signalisiert, daß auf dem Dach Wärme zur Verfügung steht, füllt die Pumpe das System wieder mit Wasser und beginnt den Puffer aufzuheizen. Da das System nur dann und immer dann aktiv ist, wenn Wärmeenergie zur Verfügung steht, ist es viel effektiver als konventionelle Solaranlagen!
Da es sich dabei um einen zur Luft hin offenen drucklosen Vorratstank handelt, können keine unbehandelten Stahltanks verwendet werden, wie sie in geschlossenen Heizungs- und Solaranlagen üblich sind. Diese würden durch den Sauerstoff der Luft in ein bis zwei Jahren durchrosten! Alternativen sind sehr teure Edelstahlspeicher oder aber preisgünstigere Kunststoff-Pufferspeicher.
Die nötige Steuerung für komplexe Heizungsanlagen oder entleerende Solaranlagen kann der Solar- und Heizungsregler DeltaSol MX übernehmen.
Wichtig ist es auch bei zur Luft offenen Systemen Pumpen mit Messinggehäuse zu verwenden.
Beheizte Solaranlagen
Ja, richtig! Es gibt auch Solarkollektoren, die - hin und wieder - beheizt werden! In Gegenden mit viel Schnee haben Flachkollektoren den Vorteil, daß sie durch Beheizen sehr schnell den Schnee abrutschen lassen und so wieder gut arbeiten können. Vor allem in höheren Lagen ist dies von Vorteil, da ja oberhalb der Dunstschicht im Tal die Sonne im Frühjahr schon kräftig scheinen kann.
Eine weiterer Grund zum Beheizen der Kollektoren (Flach und Röhren!) kann in der Anlagenplanung begründet sein: der Kollektor wird nicht mit Frostschutzmittel betrieben sondern direkt mit Heizungswasser. Der Vorteil ist, daß Sie keine teure Solarflüssigkeit benötigen. Außerdem entfällt der Wärmetauscher im Speicher (oder ein separater Plattenwärmetauscher), wodurch die Anlage einen höheren Wirkungsgrad erzielt. (Jeder Wärmetauscher kann nur arbeiten, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen Primär- und Sekundärseite besteht!) Außerdem hat reines Wasser eine sehr viel höhere Wärmekapazität als das Glykolgemisch. Auch die Viskosität (Fließfähigkeit) von Glykol ist deutlich geringer als von Wasser. Beide Faktoren bedingen somit eine größere Pumpenleistung bei gleicher Wärmeenergieausbeute.
Die meisten Regler für Solaranlagen, wie auch unser dafür von uns meistens empfohlene Heizungsregler KMS-D, haben eine eingebaute Frostschutzfunktion für den Kollektor. Fällt die Temperatur am Kollektor z.B. unter 5 °C, so wird die Solarpumpe für kurz eingeschaltet, bis das unten aus dem Speicher geförderte kälteste Wasser der Heizungsanlage den Fühler oben wieder auf ca. 10 °C gebracht hat. Da die Zuleitungen und der Kollektor selber gut isoliert sind, ist der Energieverlust nicht groß und wird im Laufe des Jahres leicht durch den Mehrertrag aufgewogen. Problematisch wird es für solch eine Solaranlage bei Stromausfall! Da uns unsere Regierung ja schon darauf hingewiesen hat, daß es durch die planwirtschaftliche Einmischung in das Stromnetz (EEG) und die Abschaffung der Kern- und Kohlekraftwerke nun öfters zu Stromausfällen kommen wird, sollten Sie für Ihre Heizung aber sowieso eine Notstromversorgung einplanen! Ein kleiner Stromgenerator mit einem entsprechenden Spritvorrat tut es natürlich auch. Mit etwas Batteriekapazität können Sie leicht dafür sorgen, daß der Generator in den Stunden sehr niedrigen Stromverbrauchs abschaltet.
Weiter mit der Wirtschaftlichkeit
Mit unseren Vakuum-Röhren-Solarkollektor-Anlagen oder Flachkollektor-Solaranlagen können sie im Sommer teilweise bis zu 100% der Warmwasserkosten einsparen.
Für den Winter kann Ihnen niemand eine verläßliche Zahl sagen. Üblicherweise geht man von einer Einsparung von ca. 10% der reinen Heizkosten über die ganze Heizperiode aus.
Als Kaufanreiz gibt es für alle unsere Kollektoren eine Förderung vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA), die seit 1. Januar 2020 30% der Anlagenkosten einschließlich Arbeitslohn beträgt. Mehr dazu in unserer Zusammenstellung BAFA Förderung und auf der Internetseite des BAFA.
Funktionsweise des Vakuum-Röhrenkollektors
Unsere Röhrenkollektoren unterscheiden sich von Flachkollektoren in erster Linie durch den erheblich besseren Wirkungsgrad und ihr optisch interessanteres Aussehen. Unsere Vakuumröhrenkollektoren erzielen auf gleicher Fläche bis zu 30% mehr Leistung. Außerdem sind sie lange nicht so sehr in Gefahr durch Überhitzung und Ausflocken des Frostschutzmittels zu verstopfen und so unbrauchbar zu werden. Die Haltbarkeit bei Hagel ist erstaunlich gut. Eine Platte eines Flachkollektors kann durch einen einzigen Treffer unbrauchbar werden. Dagegen ist eine durch Hagel oder ähnliches beschädigte oder gebrochene Röhre als Ertragsminderung kaum zu merken. Obendrein sind die Röhren trocken angebunden und daher sehr einfach auszutauschen. Allerdings haben wir nur sehr selten einen Kunden, der durch Hagelschlag einen Schaden bekommen hat.
Der Hauptbestandteil der Vakuum-Kollektoren sind die beiden ineinander verbauten Zylinder aus extrem hartem Borosilikatglas. Zwischen den beiden Glasröhren dient ein Vakuum als Wärmedämmung. Die aus drei chemischen Elementen bestehende, zwölffach beschichtete Absorberfläche ist auf die innere Röhre aufgedampft. Die im Absorber aufgenommene Sonnenenergie wird durch Strahlung und über ein Wärmeleitblech aus Aluminium auf die sich im Zentrum der Glasröhre befindende Heatpipe übertragen. Von dort geht die Energie durch den Kondensator und das Sammlerrohr in den Solarkreislauf über. Nach Messungen des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme kann für unsere Kollektoren ein jährlich zu erwartender Kollektorertrag von 730 kWh/m² herangezogen werden.
Das Heatpipe Prinzip
In unserem Vakuum-Röhrenkollektor fungieren das Vakuumrohr als Absorber und das Wärmeleitblech mit dem Wärmeleitrohr (Heatpipe) als Träger bzw. zur Weiterleitung der Wärmeenergie. Die hochselektive Innenbeschichtung der Vakuumröhre transformiert die Sonnenstrahlen in Wärmeenergie und überträgt die entstehende Hitze durch Abstrahlung und über das Wärmeleitblech an die Heatpipe. Die Leitflüssigkeit in der Heatpipe verdampft und steigt als Gas in den Kondensator am oberen Ende der Heatpipe.
Der heiße Kondensator wird anschließend durch den Wasserkreislauf im Sammlerrohr gekühlt. Das Gas im Kondensator wird wieder flüssig und fließt in der Heatpipe zurück. Die Übertragung der Wärmeenergie in die Solarflüssigkeit stellt einen kontinuierlichen Kreislauf dar, solange der Kollektor durch die Sonne erwärmt wird. Dieser Prozeß läuft wegen der für Gase geltenden physikalischen Gesetze augenblicklich ab! Deswegen ist die Temperatur in der Heatpipe immer auf der gesamten Länge gleich! Kaum heizt die Sonne also den langen Teil der Heatpipe in der Röhre auf, ist diese hohe Temperatur auch im Kondensator (Kopf) präsent und heizt die Solarflüssigkeit auf. So wird das kalte Wasser immer wieder zu heißem Wasser.
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Unsere Solarpakete
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Zertifizierung
Die von uns angebotenen Solarkollektoren mit Vakuumröhren werden in einem nach ISO 9001:2000 zertifizierten Werk hergestellt. Sie sind vom Fraunhofer Institut für Solare Energie-Systeme auf Konformität geprüft und damit voll BAFA-förderfähig. Außerdem sind sie DIN-geprüft und tragen das solare KEYMARK (Getestet nach EN 12975-2:2006, Registriernummer: SP SC0414-17).
10 Jahre Garantie auf Röhren und Sammler!
Datenblatt zum herunterladen als PDF: Vakuum-Solaranlagen-Pakete
Montageanleitung der Solaranlagen zum herunterladen als PDF.
Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG)
Am 1. Januar 2009 ist das Erneuerbare- Energien-Wärmegesetz in Kraft getreten. Es schreibt vor, daß Eigentümer neuer Gebäude einen Teil ihres Wärmebedarfs aus erneuerbaren Energien decken müssen. Das gilt für Wohn- und Nichtwohngebäude, deren Bauantrag bzw. Bauanzeige nach dem 1. Januar 2009 eingereicht wurde.
Dies kann hauptsächlich auf drei Arten geschehen:
- Solare Strahlungsenergie:
Unterstützung der Heizanlage und/oder der Warmwasserbereitung. Es müssen dadurch wenigstens 15% des gesamten Wärmebedarfs gedeckt werden. Bei Ein- und Zweifamilienhäusern muß daher die Fläche der montierten Solarkollektoren mindestens 4% der Nutzfläche betragen. - Biomasse:
50% bei der Verwendung von flüssiger oder fester Biomasse (Bioöl einerseits oder Holzpellets, Scheitholz andererseits) und 30% bei der Verwendung von Biogas. - Geothermie und Umweltwärme:
50% des Gesamtwärmebedarfs aus Luft- oder Erdwärme über eine Wärmepumpe.
Das Gesetz sieht auch Ersatzmaßnahmen vor, die alternativ und gemischt eingesetzt werden können:
- die Ausnutzung von technischer Abwärme, wie bei Abluft- und Abwasserströmen, zu 50% (§ 7 Nr. 1a);
- durch Ausnutzung von Wärme aus Wärme-Kraft-Kopplungs-Anlagen zu mindestens 50%, soweit die Anlagen hocheffizient sind, d.h. gegenüber einer getrennten Wärme- und Stromerzeugung eine Einsparung von mindestens 10% der eingesetzten Energie erbringen (§ 7 Abs. 1b);
- durch Steigerung der Energieeffizienz von Gebäuden, wie z.B. durch Dämmaßnahmen, um mehr als 15% als nach den jeweils gültigen Anforderungen der EnEV (§ 7 Nr. 2);
- durch unmittelbaren Anschluß an Wärmenetzen, die selber Wärme mindestens zur Hälfte aus KWK-Anlagen beziehen (§ 7 Nr. 3).
Achtung! Wie bei uns leider üblich, wird auch dieses Gesetz laufend geändert! Bitte vergewissern Sie sich selber, was eben gerade gilt!
Wichtige Einschränkung bei der Umsetzung des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes (EEWärmeG)
Das Energie-Einsparungsgesetz EnEG gebietet in § 5 (1), daß jede Energieeinsparmaßnahme auch wirtschaftlich Einsparungen bringen muß. Dies bedeutet, daß die Kosten für die Maßnahme in maximal 10 Jahren durch die Einsparung amortisiert sein müssen. So haben verschiedene Gerichte Entschieden.
Ist dies nicht gegeben (was eigentlich für die meisten dieser vorgeschriebenen Maßnahmen gilt), so "haben die Behörden davon zu befreien": § 25 (1) Alternative 1, Satz 2 EnEV - besondere Umstände, unangemessener Aufwand und unbillige Härte. Die Erfüllung der Anforderungen verstößt gegen das Wirtschaftlichkeitsgebot nach § 5 (1) EnEG, da die Maßnahme nach § 9 Abs. 1 ZVEnEV wirtschaftlich nicht vertretbar ist.
Benötigen Sie mehr Informationen zu diesem Thema, schauen Sie bitte auf der Internetseite des leider schon verstorbenen Architekten und Energieberaters Konrad Fischer.