Sonnenschein für Haushaltsgeräte und Kühlanlagen – Neue Marktfelder für Solarthermieanlagen

Immer noch würde kaum 1% des deutschen Wärmebedarfs mit Solarwärme gedeckt, bedauert Gerhard Stryi-Hipp vom Fraunhofer Institut für solare Energietechnik. Ursache sei u.a., dass die Solarthermie in der Energiepolitik bisher immer nur ein Schattendasein geführt habe, dabei sei das Potenzial riesig. „Aber auch die technologischen Entwicklungspotenziale wurden in der Vergangenheit massiv unterschätzt“, so Stryi-Hipp weiter. „Für die Solarthermie wird bislang nur ein Zehntel der Mittel ausgegeben, die in die PV-Forschung investiert werden.“
Diese insgesamt unerfreuliche Bestandsaufnahme lässt sich durch aktuelle Zahlen für die gesamte Branche noch ergänzen. Wie nämlich der Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik e.V. (BDH) aktuell mitteilt, kaufen die Deutschen, trotz leichter Erholungstendenzen, heute weit weniger moderne Wärmeerzeuger als in den Jahren vor 2007. Davon sei auch die Nutzung Erneuerbarer Energien betroffen: In nur 25% aller Investitionsfälle wurden im Jahr 2011 Biomasse-Heizungen, Wärmepumpen oder solarthermische Anlagen eingebaut. Erfreulicherweise macht sich die Solarthermiebranche mittlerweile verstärkt Gedanken, wie sich die unbefriedigende Situation verbessern lässt. Diesen Eindruck vermitteln zumindest einige Beiträge auf dem 12. Forum Solarpraxis 2011 in Berlin, wo mehrere neue Technologien vorgestellt wurden.

Solarwärmenutzung in Haushaltsgeräten
Ein gemütlich warmes Heim und warmes Wasser zum Duschen – die dafür nötige Energie macht mit durchschnittlich 87% den Löwenanteil in deutschen Haushalten aus. Der Strombedarf mit 13% ist dagegen vergleichsweise gering. Diese Zahlen der Deutschen Energie-Agentur kann Helmut Jäger von der Solvis in seinem Tagungsbeitrag bestätigen: „Im Gebäudebereich haben wir nach wie vor den größten Energieverbrauch, mit einem Anteil von 80 bis 90% für die Wärme. Und es darf nicht sein, dass wir für den größten Sektor des Endenergieverbrauchs keine Konzepte haben.“ Man brauche eine Vielfalt an Lösungen, und zwar nicht nur für die Bereitstellung von Wärme für die Raumbeheizung und die Bereitstellungen warmen Wassers. Auch Haushaltsgeräte wie Wasch- und Geschirrspülmaschine sowie Wäschetrockner brauchten thermische Energie, so der stellvertretende Vorsitzende des Bundesverbandes Solarwirtschaft weiter. Sie über eine Solaranlage statt übers Stromnetz bereitzustellen, sei ein schon seit langem ins Auge gefasstes Thema. Dass es sich lohne, zeige das große  Stromersatzpotenzial: „Wir haben heute bei Waschmaschinen typischerweise etwa 150 kWh Stromverbrauch pro Jahr“, sagt Jäger. Wenn es gelinge, die bisher üblicherweise eingesetzte Elektrowärme durch Solarwärme zu ersetzen, ließen sich rund 50% an elektrischem Strom einsparen, bei der Geschirrspülmaschine liege das in der gleichen Größenordnung. Der größte Stromverbraucher aber sei der Wäschetrockner, der also zu Recht das Image eines großen Energiefressers habe. „Er verbraucht etwa 1000 kWh pro Jahr“, hat Jäger ermittelt. „Das sind schon mal rund 30% des gesamten Stromverbrauchs eines normalen Haushalts. Ein heute schon erhältlicher Trockner mit integrierter Wärmepumpe liegt bei 470 kWh pro Jahr. Wenn ich diesen Trockner mit Wärme aus der Solaranlage betreibe, kann ich den Strombedarf auf 160 kWh pro Jahr senken. Insgesamt dürfte das zu folgendem Ergebnis führen: Wenn wir konsequent alle unsere Haushaltsgeräte an unsere Solaranlage anschließen und mit Wärme betreiben würden, könnten wir 500 bis 1000 kWh elektrischen Strom pro Jahr durch thermische Energie ersetzen. Das ist ein Stromersatzpotenzial von 15 – 30% des Gesamtstromverbrauchs eines normalen Haushalts. Diese Möglichkeit sollten wir nach meiner Meinung unbedingt nutzen.“
Solvis hat bereits wichtige Schritte in diese Richtung gemacht. So präsentierte das Unternehmen auf der Internationalen Funkausstellung (IFA) 2011 in Berlin gemeinsam mit dem Haushaltsgerätespezialisten Miele aus Gütersloh den weltweit ersten solar beheizten Wäschetrockner. „Die Resonanz war super“, schwärmt Jäger. „Miele hat das Projekt jetzt ganz offiziell gestartet. Noch in diesem Jahr soll der Solartrockner auf den Markt kommen.“ Die Wärmeversorgung eines Wäschetrockners durch eine Solarthermieanlage lasse die Energiekosten und den Energieverbrauch deutlich sinken. Jäger weiter: „Im Vergleich zu einem Wärmepumpentrockner reduzieren sich die Energiekosten um die Hälfte, bei herkömmlichen Abluft- oder Kondenstrocknern sogar um bis zu 80%. Die Energieeinsparung kann ebenfalls bis zu 80% betragen.“
Um Haushaltsgeräte wie Geschirrspüler, Waschmaschine und Trockner an Wärmequellen aus Erneuerbaren Energien anschließen zu können, entwickelte und baute Solvis ein Solarheizsystem mit einem patentierten Schichtenspeicher (SolvisMax) und einem integrierten Heizmodul für das Zuheizen mit Öl, Gas, Erdwärme oder Fernwärme. Die Regelung läuft über eine intelligente Regelung, die alle gewünschten Zu- und Vorrangschaltungen managt.

Modernisierungsstrategie für Bestandsgebäude
In Zusammenhang mit der gewünschten Steigerung des Anteils von Solarthermie und anderen Erneuerbaren Energien an der Wärmeversorgung von Gebäuden erinnerte Jäger an die EU-Richtlinie über Gesamteffizienz in Gebäuden, die spätestens 2021 auch für Neubauten wirken werde. Dann werde ein Gebäude nicht nur Energieverbraucher sein, sondern gleichzeitig auch Energieerzeuger und Energiespeicher, und zwar für die Bereiche Wärme, Strom und Mobilität. Dabei solle der Anteil dezentraler Energieerzeugung möglichst hoch sein, „denn dann haben wir die geringsten Kosten für den Netzausbau, für die Reserveleistung und für den Ausbau von Speicherkapazitäten. Je höher der Selbstversorgungsgrad eines Gebäudes ist, umso weniger Infrastruktur brauchen wir rundherum. Die Kosten für Energietransport und -umwandlung sowie für Speicherbeladung und -entladung, die Abhängigkeit von Belastungsspitzen im Strom- und Gasnetz und die Kostenunsicherheit für den Nutzer werden umso geringer, je höher der Eigenversorgungsgrad eines Gebäudes ist.“
Die Chancen, die sich aus dem „Energieumbau im Heizungskeller“ ergeben, sollte sich die Branche nicht entgehen lassen und deshalb in den kommenden Jahren eine gut durchdachte Modernisierungsstrategie für Bestandsgebäude entwickeln. „Die größten Umsatzchancen liegen bei den Heizkesseln. 20% davon sind älter als 20 Jahre, und in den nächsten 10 Jahren kommen noch mehr als die Hälfte aller Kessel dazu“, prophezeit Jäger. „Hier können wir als Branche zahlreiche innovative Lösungen einsetzen und den in vielen Fällen notwendig werdenden Umbau des Heizungskellers als Chance für eine optimierte Energietechnik nutzen. Insgesamt muss es also darum gehen, den oben geschilderten Energieumbau auch in den Wohnungsbestand hinein zu tragen.“ Dazu gehöre, so Jäger weiter, dem Kunden bewusst zu machen, dass sich der Heizenergieverbrauch für sein Wohnhaus in Höhe von oftmals mehr als 3000 l Öl oder 3000 m³ Gas deutlich senken lasse, und zwar mit dem Einbau eines neuen verlustarmen energieeffizienten Heizsystems und eventuell mit der Nachrüstung einer Solarthermieanlage. Außerdem sei dem Kunden zu empfehlen, etwa vorhandene Fehleinstellungen an der Heizungsanlage eliminieren und erneut einen  hydraulischen Abgleich im System durchführen zu lassen.
Als ideal für einen Neubau sieht Jäger folgende Lösung an: „Auf dem Dach eine PV-Anlage für den Strombedarf, im Keller ein Elektrospeicher mit einer Kapazität von 5 kWh als unterbrechungsfreie Stromversorgung, ferner eine Kombination aus Solarthermie- und Pelletanlage für die Beheizung des Gebäudes. Das ist eine absolut sichere Lösung, mit der ich bei Stromausfall sogar eine 100-prozentige Autonomie über einige Stunden oder auch Tage erreichen kann.“

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Mit der Sonne kühlen
Im Sommer, wenn kein Bedarf an Wärme für Heizzwecke besteht, tendiert die  Wirtschaftlichkeit von Solarthermieanlagen gegen null. Dass das nicht so bleiben muss, belegte Lutz Krischausky von der Firma Wolf in seinem Vortrag.  Die bei strahlender Sonne anfallende thermische Energie lässt sich nämlich sehr gut auch für die Kühlung des Gebäudes und seiner Räume nutzen. „Das ist doppelt günstig“, erläuterte Krischausky, „denn zum einen haben wir dann Kälteleistung zur Verfügung und zum andern verringern wir die Stillstandszeiten unserer Solarkollektoren und verhindern so das unerwünschte und schädliche Ausdampfen des Wärmeträgermediums.“ Leider brauche die klassische Absorberkältemaschine Antriebswärme mit einem Temperaturenniveau, das sich mit konventionellen Flachkollektoren nur bei Verzicht auf Wirtschaftlichkeit erreichen ließe. Es gebe aber seit einigen Jahren erfreulicherweise eine Neuentwicklung, nämlich Kältemaschinen im Kleinleistungsbereich, die nach dem Adsorptions- und nicht wie bei den herkömmlichen Aggregaten nach dem Absorptionsprinzip arbeiten und dabei mit niedrigeren Temperaturen auskommen.
Krischausky nennt einen weiteren Gesichtspunkt, der für die neue Technik spreche: „Die massenhafte Verwendung von elektrisch betriebenen Kompressionskältemaschinen für Wohnungen und Büros führt zu sommerlichen Strombedarfsspitzen, die auch schon Netzzusammenbrüche verursacht haben, beispielsweise in Italien.“ Dem könne man jetzt durch forcierten Einsatz solarer Kühlung mit Adsorptionskältemaschinen entgegenwirken. Außerdem lasse sich damit eine Stromeinsparung in Höhe von bis zu 90?% und eine erhebliche Reduzierung der CO2-Emission erreichen. Und nicht zuletzt zähle die solare Kühlung nach dem EEWärmeGesetz zu den Erneuerbaren Energien, was ebenfalls ein Vorteil sei. Krischauskys Bilanz: „Im Bereich kleiner Kälteleistungen ist durch die erfolgreiche Entwicklung und Einführung von Adsorptionskältemaschinen der Einsatzbereich solarer Kühlung erweitert worden.“

Strom und Wärme aus einem Kollektor
Seit über 30 Jahren hat die Firma Grammer Solar aus dem ostbayerischen Amberg nunmehr im Bereich Solartechnik geforscht und innovative Lösungen entwickelt. Herausgekommen ist dabei u.?a. ein sogenannter „PVT-Hybridkollektor“, mit dem sich gleichzeitig Strom und Wärme generieren lassen. Geschäftsführer Siegfried Schröpf beschreibt den Hintergrund: „Bei einem herkömmlichen PV-Modul wird die einfallende Sonnenenergie nur zu etwa 15% in elektrische Energie, aber zu 85% in Wärme umgewandelt. Leider reduziert Wärme aber den Wirkungsgrad der Solarzellen erheblich. Um das so weit wie nur eben möglich zu verhindern, muss man bei einer PV-Anlage für eine gute Wärmeabfuhr sorgen, üblicherweise durch Hinterlüftung der Module. Hier setzt das Prinzip unserer ‚PVT-Hybridkollektoren‘ an: Ein Ventilator führt Luft über die Modulrückwand, sorgt für Kühlung und transportiert die Abwärme zu einem Verbraucher.“ Die Vorteile dieses Kollektorsystems liegen laut Schröpf vor allem darin, dass es die Sonnenenergie dank der aktiven Luftkühlung optimal in elektrische und dank der Nutzung der Kühlluft gleichfalls effektiv in thermische Energie umsetzt. Auf diese Weise können 10 m² Dachfläche 1,3 kW elektrische plus 4 kW thermische Leistung, also 5,3 kW Gesamtleistung, zur Verfügung stellen.
„Hybridkollektoren sind für unsere Kunden in den Fällen ideal geeignet“, so Schröpf zum Schluss, „in denen sie die solar erwärmte Luft möglichst ganzjährig zur Belüftung oder zur Luftvorwärmung bei Prozesswärmeanlagen nutzen können. ‚PVT-Hybridkollektoren‘ liefern dabei große Luftmengen auf relativ niedrigem Temperaturniveau. Mögliche Anwendungen sind zum Beispiel Trocknungsanlagen und Schwimmhallen, die auch im Sommer einen hohen Lüftungswärmebedarf haben.“

Autor: Wilhelm Wilming