So funktioniert eine thermische Solaranlage

Solaranlagen nutzen die Sonne auf relativ einfache und dabei äußerst effiziente Weise. Schwarz beschichtete Absorber in den Solarkollektoren werden von den Sonnenstrahlen erwärmt. Diese Wärme wird in einem Solarspeicher gesammelt und in die Sanitär- und Heizungsinstallation im Haus eingespeist.

Eine thermische Solaranlage setzt sich wie folgt zusammen:

Durchdacht: der Sonnenkollektor

Der Absorber – das zentrale Element einer Sonnenkollektoranlage – ist ein schwarz beschichteter, mit Kanälen durchzogener Metallkörper. Dieser nimmt die Energie des Sonnenlichts auf und wandelt sie in Wärme um. Die Glasabdeckung und eine rückseitige Wärmedämmung verhindern, dass die eingefangene Energie wieder verloren geht. Im Absorber zirkuliert Wasser, das die Wärme zum Wasserspeicher transportiert. Die Sonnenwärme wird über einen Wärmetauscher an den Speicher abgegeben und für die Erwärmung des Brauchwassers oder die Zentralheizung genutzt. In sonnenarmen Zeiten garantiert eine automatische Zusatzheizung den Wärmekomfort. Ein Frostschutzmittel im geschlossenen Kollektorkreislauf verhindert das Einfrieren.

 

 

 

 

Das Herz: der Speicher

Da Sonnenenergieangebot und Wärmenachfrage zeitlich selten übereinstimmen, wird die Sonnenwärme gespeichert. Bei Solaranlagen für das Warmwasser wird anstelle des konventionellen Wassererwärmers (Boiler) ein grösserer, mit den nötigen Anschlüssen und Einbauten ausgerüsteter Solarspeichertank eingesetzt. Bei einer Anlage im Einfamilienhaus fasst dieser Speicher zum Beispiel 300 bis 500 Liter. Bei Solaranlagen zur Heizungsunterstützung wird ein etwas grösserer Speicher benötigt.
A. Sonnenkollektor
B. Zirkulationsleitung
C. Speicher
D. Pumpe
E. Zusatzheizung
F. Zapfstelle für Warmwasser

 

Der Kopf: die Steuerung

Die Regelung einer Solaranlage ist einfach. Das Regelgerät vergleicht die Temperatur im Kollektor mit derjenigen im Speicher. Ist diese im Kollektor wärmer als im Speicher, läuft die Umwälzpumpe: die Wärme kommt ins Haus. Sinkt die Kollektortemperatur unter die Speichertemperatur, schaltet die Pumpe aus. Gemessen wird die Speichertemperatur unten im Speicher, im kältesten Bereich. Dies erlaubt lange Betriebszeiten der Kollektoranlage. Spezielle Sicherheitsfunktionen schützen den Speicher und Kollektor vor Überhitzung. Bei ungenügender Wärmezufuhr von der Sonne schaltet die Steuerung automatisch auf die Zusatzheizung um.

 

Wahl des Kollektors

Neben der Exposition des Gebäudes bzw. der Dachfläche sind zwei Faktoren für die Eignung eines Objekts zur Sonnenenergienutzung massgebend:
•    Wie die Wärme gebraucht wird
•    Welche Temperaturen benötigt werden

Im Grundsatz gilt:

Je stärker die zeitliche Übereinstimmung zwischen Sonnenenergieangebot und der Wärmenachfrage und je tiefer das Temperaturniveau der Wärmeabgabe, desto geeigneter ist ein Objekt. Die richtige Wahl des Kollektortyps ist massgebend für die Wirtschaftlichkeit.

 

Verglaste Flachkollektoren

•    Ideal für Warmwasser von 30 °C bis 60 °C.
•    Geeignet für Wassererwärmung und Heizungsunterstützung.
•    Verglaste Flachkollektoren sind weit verbreitet bei Wohn-, Gewerbe- und Dienstleistungsgebäuden.
•    Sie können in Schrägdächer und Fassaden integriert oder auf Flachdächern und am Boden aufgeständert werden.
•    Es kann mit einer Lebensdauer von über 20 Jahren gerechnet werden.
•    Jährlicher durchschnittlicher Energieertrag pro m2 Sonnenkollektor nach Anlagetyp und Standort (kWh/Jahr):

Anlagetyp	Standort Mittelland	Standort Alpenraum
Kompakt-Solaranlagen zur Wassererwärmung	330 kWh bis 540 kWh	440 kWh bis 720 kWh
Wasservorwärmung im Mehrfamilienhaus	420 kWh bis 590 kWh	550 kWh bis 740 kWh
Wassererwärmung und Heizungsunterstützung	250 kWh bis 310 kWh	380 kWh bis 530 kWh

 

  Unverglaste Kollektoren (Absorber)

•    Metallabsorber (selektiv beschichtet) oder Kunststoffabsorber
•    Ideal für Warmwasser von 10 °C bis 40 °C über Aussentemperatur.
•    Geeignet für Schwimmbadheizung und Warmwasser-Vorwärmung.
•    Der Einsatz unverglaster Kollektoren beschränkt sich auf Anwendungen mit niedrigem Temperaturniveau. Da Verglasung und Wärmedämmung fehlen, ist der Wärmeverlust bei Anwendungen mit höheren Temperaturen gross, was den Nutzungsgrad verringert.
•    Die Aufstellung erfolgt auf Flach- oder Schrägdächern. Ein Windschutz erhöht den Wirkungsgrad.
•    Die Lebensdauer liegt bei 30 Jahren.
•    Solaranlagen mit unverglasten Absorbern liefern je nach Auslegung jährlich 250 kWh/m2 bis 700 kWh/m2.

 

  Vakuumröhren-Kollektoren

•    Ideal für Heisswasser bis zu 100 °C.
•    Geeignet für technische Prozesse sowie zur Wassererwärmung und Heizungsunterstützung.
•    Bei Vakuumkollektoren steht der Absorber unter Vakuum in einem Glasrohr. Da das Vakuum eine sehr effiziente Wärmedämmung bildet, sind die Wärmeverluste auch bei hohen Temperaturen gering.
•    Vakuumröhren-Kollektoren weisen den höchsten Jahreswirkungsgrad auf.
•    Ideal bei suboptimaler Ausrichtung des Kollektorfeldes (z.B. Fassaden), da die Absorber innerhalb der Röhren nach der Sonne ausgerichtet werden können.
•    In hagelgefährdeten Gebieten ist die Glasstärke zu beachten.
•    Lebensdauer: 20 Jahre.
•    Anlagen zur Wassererwärmung und Heizungsunterstützung liefern mit Vakuumröhren-Kollektoren den 1,2-fachen bis 1,4-fachen Ertrag gegenüber verglasten Flachkollektoren.

Erträge in Abhängigkeit von Neigungswinkel und Süd-Orientierung

Je nach Abweichung von den optimalen 30° Süd sind die Erträge etwas kleiner, aber auch bei nicht optimaler Ausrichtung sind noch gute Erträge möglich. Die Darstellung rechts zeigt, dass auch horizontal auf dem Dach liegend oder vertikal an Fassaden angebrachte Kollektoren noch gute Leistungen bringen (in Prozenten von der optimalen Ausrichtung).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Je nach Anwendungsart sind etwas unterschiedliche Expositionen optimal. Warmwasseranlagen sollen die steilerstehende Sommersonne voll ausnutzen und liefern daher auch eher flacher liegend gute Werte (siehe Grafik rechts).

 

 

 

 

 

 

Heizungsunterstützenden Anlagen sind optimalerweise auf die tieferliegende Sonne in den Übergangszeiten ausgerichtet, stehen daher etwas steiler und liefern sogar an der Fassade gute Wirkungsgrade (siehe zweite Grafik rechts).

 

 

 

 

 

 

Geprüfte Produkte

Liste der Kollektoren, welche die Euronormen EN 12975-1 und -2 oder SolarKeymark erfüllen (Voraussetzung für kantonale Förderbeiträge). mehr

Prüfstelle des Instituts für Solartechnik SPF

Das Institut für Solartechnik SPF ist Teil der Hochschule für Technik Rapperswil HSR. Das Institut betreibt seit 1981 angewandte Forschung und Entwicklung im Bereich der thermischen Solartechnik und unterhält eine international annerkannte Prüfungsstelle.
•    Leistungsvergleich Solarkollektoren
•    Geprüfte Warmwasser Kompaktsysteme

Einfache Warmwasseranlagen sind in ein bis zwei Tagen installiert. Bei der Montage der Kollektoren gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten.

• Indach: In der Schweiz werden Anlagen meist in die Dachhaut integriert (wie in Bild unten).
• Aufdach: Bei dieser kostengünstigeren Montageart werden die Kollektoren mit ca. 10 cm Abstand auf das Dach aufgesetzt.