Solarthermie - Technik
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Kollektoren der Solaranlagen
Wärmespeicher für Solaranlagen
Weitere technische Elemente des Solarkreislaufes
Wärmespeicher für Heizung und Warmwasser
Die Wärmespeicher bei Solaranlagen sollen in Zeiten schwacher oder keiner Sonneneinstrahlung für den Betreiber der Solaranlage eine ausreichende Menge an Wärmeenergie zur Verfügung stellen.
Wärmespeicher gibt es in unterschiedlichen Ausführungen und mit unterschiedlichem Wärmespeichervermögen. Kleine in Solarsysteme eingebaute Wärmespeicher sichern nur wenige 100 Liter Brauchwasser für einige Tage, saisonale Großspeicher können die gespeicherte thermische Energie der Solaranlagen über einen Zeitraum von mehrere Monaten bereitstellen.
Wichtig sind eine gute Temperaturschichtung um ein vermischen der kalten und warmen Wasserschichten möglichst zu vermeiden. Um diese Anforderung zu erfüllen sollte der Wärmespeicher ein gutes Verhältnis von der Höhe zu der Breite haben, die Temperaturschichtung in hoch und schlank gebauten Wärmespeichern ist besser.
Die Wärmedämmung der Wärmespeicher ist für das Speichervermögen ebenfalls sehr wichtig. Gute Speicher sind stark gedämmt, insbesondere an die Anschlussleitungen müssen eine gute Wärmedämmung aufweisen. Hier ist besonders darauf zu achten, Wärmebrücken zu vermeiden.
Je höher die spezifische Dichte das Speichermediums ist, umso grösser ist das Speicher Darüber hinaus ist die Dichte von Speichermedien entscheidend dafür, ob sich große Mengen an Wärme kompakt speichern lassen. Bisher sind wasserbasierte Speicher gebräuchlich, allerdings gibt es vielversprechende Versuche mit phasenabhängigen Materialien (PCM), Sorptionsspeichern oder thermochemisch reagierenden Speichermaterialien (TCM).
Darüber hinaus ist die Dichte von Speichermedien entscheidend dafür, ob sich große Mengen an Wärme kompakt speichern lassen. Bisher sind wasserbasierte Speicher gebräuchlich, allerdings gibt es vielversprechende Versuche mit phasenabhängigen Materialien (PCM), Sorptionsspeichern oder thermochemisch reagierenden Speichermaterialien (TCM)
Nutzung der thermische Solarenergie
Bild: Passive batch solar water Author: EERE
Lizenz: Public Domain.
Sonneneinstrahlung erzeugt große Mengen thermische Energie (Wärmeenergie). Bei der Nutzung dieser natürlichen Energie wird die Wärme auf ein Trägermedium (Absorber) übertragen und abgeleitet.
Dabei nutzt man die direkte Sonneneinstrahlung und auch die indirekte, diffuse - z.B. durch Wolken oder Hochnebel - teilweise abgeschirmte Sonneneinstrahlung.
Eine gut dimensionierte thermische Solaranlage deckt im Jahresschnitt etwa 60 bis 90 % des Warmwasserbedarfes eines Haushaltes ab. Während der lichtstarken Sommertage wird meist problemlos der gesamte Bedarf an warmem Wasser erzeugt.
Sonnenkollektoren für Heizung und Warmwasser
Die zur Warmwasseraufbereitung genutzte konventionell arbeitende Heizung kann in dieser Zeit vollständig abgestellt werden. Wer zusätzlich noch seine Waschmaschine und den Geschirrspüler mit einer Warmwasserleitung versorgt, nutzt die von der Sonne in der Solaranlage bereitgestellte Energie noch effizienter. Durch die von Solaranlagen in einen Warmwasserspeicher übertragene Wärmeenergie kann man Perioden mit schlechtem Wetter überbrücken.
Größer dimensionierte Solaranlagen mit einem gut isoliertem Saisonspeicher können die Energie der Sommermonate bis in den Winter speichern. Solarwärmespeicher haben die Funktion Wärme auch zu Zeiten geringer Sonneneinstrahlung und nachts in ausreichender Menge zur Verfügung zu stellen. Speicherlösungen reichen dabei von kleinen Speicher im Umfang von wenigen hundert Litern Wasser für den Privatgebrauch, die warmes Brauchwasser für wenige Tage vorrätig halten, bis hin zu solaren Nahwärmesystemen und saisonalen Großspeichern, die Wärme über mehrere Monate bereitstellen und zum Teil ganze Stadtteile versorgen.
Je nach Funktion setzt man auf unterschiedliche Anlagentypen. Wichtig sind bei allen Anlagetypen eine gute Wärmedämmung, durchdachte Lösungen an den Anschlüssen, um Wärmebrücken zu vermeiden, sowie eine Bauformen, die eine gute Temperaturschichtung im Speicher unterstützt (hoch und schlank).
Funktionsweise der thermischen Solaranlage
Das Kernstück eines thermischen Solaranlage ist der wärmeabsorbierende Kollektor. Um die thermischen Verluste möglichst gering zu halten, ist dieser Absorber in einem gut wärmegedämmten Kasten mit einer meist aus Glas bestehenden Abdeckung eingebaut.
Eine zwischen dem Warmwasserspeicher und dem Kollektor in einem Kreislauf strömende Flüssigkeit (i.d.R. ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel)übernimmt den Abtransport der thermischen Energie aus dem Absorber.
Temperaturfühler messen die Temperaturen im Warmwasserspeicher und im Sonnenkollektor. Sobald die Temperatur im Kollektor die Temperatur im Warmwasserspeicher ausreichend übersteigt, schaltet die Regelung der Solaranlage eine Umwälzpumpe ein und die im Sonnenkollektor entstehende Wärme wird in den Speicher geleitet.
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