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Großeinsatz für Solarthermie

Während sich die Solarthermie in Ein- und Zweifamilienhäusern weiter etabliert, haben solarthermische Großanlagen für den Geschosswohnungsbau, Hotels- oder Krankenhäuser und Gewerbebetriebe den Durchbruch noch nicht geschafft. Dabei reduzieren großflächige Kollektoren in der Regel die spezifischen Kosten der Anlagen, sodass die Wärmegestehungskosten sinken können. An sinnvollen Anwendungen mit sommerlichem Wärmebedarf fehlt es ebenso wenig, wie an der Bereitschaft der Bundesregierung, Investitionsanreize für die Nutzung Erneuerbarer Energien zu schaffen. Auch die Hersteller haben sich auf das zukünftige Markt-Potenzial bereits eingestellt und bieten Großflächenkollektoren für die Integration in Dachflächen und Fassaden, wie die nachfolgende Marktübersicht zeigt.

 

In Neckarsulm-Amorbach entsteht derzeit ein Wohngebiet, das im Endausbau 1300 Wohneinheiten umfassen und rund 4000 Menschen beheimaten soll. Für die geplante solare Nahwärmeversogung, die den Wärmebedarf zu mehr als 50 % decken soll, werden etwa 6000 m² Kollektorfläche installiert.
Bild: ASUE e.V.

Nach Angaben des Bundesverbandes der Solarwirtschaft e.V. (BSW) teilt sich der deutsche Solarwärmemarkt derzeit in den standardisierten Vertrieb von kleinen Solarsystemen, die mit etwa 95 % den Großteil des Absatzes ausmachen sowie dem Einzelprojektgeschäft mit Großanlagen auf. Im Solaratlas des BSW wird die Anzahl der in Deutschland installierten Solarthermischen Anlagen mit einer Fläche von mehr als 20 m² auf etwa 16 000 geschätzt. Davon seien bislang lediglich 5 000 Anlagen mit einer Kollektorfläche von mehr als 30 m² realisiert worden. Solare Großanlagen sind also noch eine echte Marktnische. Den Angaben des Solaratlas zufolge haben weniger als 200 Planer in Deutschland Erfahrung mit Anlagen, deren Kollektorfläche mehr als 30 m² beträgt.

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Marktnische - Großanlagen
Dabei bergen sie ein enormes Auftrags-Potenzial für Hersteller, Planer und Fachhandwerker. So scheint die Sonne in Deutschland auf über 3 Mio. Mehrfamilienhäuser im Bestand und mehr als 53 000 Hotels als potenzielle Nutzer.

Auch Krankenhäuser gehören aufgrund des hohen sommerlichen Wärme-bedarfs zu den möglichen Kandidaten für Groß-Solaranlagen. Im Kärntner Landeskrankenhaus Laas wurden rund 360 m² Kollektorfläche optisch ansprechend in das Dach integriert.
Bild: TiSun GmbH, Söll (A)

Natürlich eignet sich nicht jedes Gebäude für Solarthermie und nicht jeder Gebäudeeigentümer ist willig und in der Lage, eine solche Investition zu stemmen. Allerdings wird ihr Einsatz auf großen Wohngebäuden sowie in Gewerbebetrieben zurzeit von mehreren Faktoren gefördert. Neben der langfristig zu erwartenden Entwicklung der Öl- und Gaspreise sind hier vor allem die Importabhängigkeit der Rohstoffe sowie die Marktanreizprogramme des Bundes und der Länder zu nennen.

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Ein Beispiel aus Berlin: Die Wohnungsgenossenschaft Merkur e. G. hat die Modernisierung von Bestandsgebäuden genutzt, um ein Fünftel ihres gesamten Wohnungsbestandes mit "Solarenergiezentralen" auszustatten. Solarkollektoren zur kombinierten Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung wurden dabei auf Flachdächern installiert bzw. in Steildächer integriert. Die Betriebskosten der Wohnobjekte seien um 10 % geringer als im Berliner Durchschnitt. Auch die Berliner DEGEWO setzt auf solare Wärmeerzeugung. Seit 2001 hat sie im Zuge von Instandsetzungsmaßnahmen bereits über 1200 m² Kollektorfläche installiert und plant weitere Anlagen. Das Ziel seien Einsparungen bei den warmen Betriebskosten von 25 bis 35 %.

Investitionskosten optimieren - Die Vollintegration spart eine Dacheindeckung, die Kranmontage großflächiger Kollektoren hilft Montagekosten einzusparen.
Bild: Wagner & Co. Solartechnik

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Verbesserung der Förderung
Seit Beginn des Jahres 2008 stehen dem Bundesumweltministerium (BMU) aus dem Verkauf von Emissionshandelszertifikaten bis zu 400 Mio. Euro für eine Klimaschutzinitiative zur Verfügung. Ziel ist es, die vorhandenen großen Potenziale zur Treibhausgasminderung kostengünstig und in der Breite zu erschließen sowie innovative Modellprojekte voranzubringen. So unterstützt das Marktanreizprogramm "Erneuerbare Energien" des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) diese Entwicklung. Für das Programm sollen in 2009 bis zu 500 Mio. Euro zur Verfügung gestellt werden - so viel wie nie zuvor.

2008 wurden auch die bisherigen Fördersätze der BAFA nochmals verbessert. So können für Anlagen bis 40 m² zur Warmwasserbereitung 60 Euro je ange-fangenen m² beantragt werden. Wird die Anlage zur Heizungsunterstützung, zur Bereitstellung von Prozesswärme oder zur solaren Kälteerzeugung genutzt, beträgt die Förderung 105 Euro je angefangenen m².

Vom Schutzdach zum Nutzdach - Neben Solarthermie lassen sich auch Photovoltaik und Dachfenster mit einem System vollflächig integrieren.
Bild: systaic AG, Düsseldorf

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Mit zinsverbilligten KfW-Darlehen und Tilgungszuschüssen in Höhe von 30 % der Investitionskosten werden Anlagen ab 40 m² Kollektorfläche gefördert.

Antragsteller können zusätzlich eine Förderung für neu errichtete oder zu erweiternde Nahwärmenetze erhalten, die zu mindestens 50 % mit regenerativer Wärme gespeist werden.

Schließlich soll das neue Erneuerbare Energien Wärmegesetz (EEWärmeG) nach Ansicht des BSW dem deutschen Solarwärmemarkt einen kräftigen Wachstumsschub bescheren. Von dessen Nutzungspflicht seien jährlich etwa 150 000 Wohngebäude und 25 000 Nichtwohngebäude betroffen. In der Bau- und Wohnungswirtschaft werde das Wärmegesetz als Katalysator für ein großes Modernisierungsprogramm wirken, so der Verband. Noch unklar sind indes die möglichen Anteile für die Solarthermie, da das EEWärmeG neben der Solarthermie auch Biomasse-Feuerungen, Wärmepumpen und andere Effizienzmaßnahmen zulässt.

Platzmangel ist kein Argument - Diese innovative Aufständerung ermöglicht die großflächige Nutzung von Solarthermie in einem Schlachthof und bietet zusätzlich verschattete Parkplätze.
Bild: Wagner & Co. Solartechnik

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Anwendungen für Großanlagen
Neben dem Geschosswohnungsbau bieten sich insbesondere Gewerbebetriebe als Nutzer von Solarthermie an. Ob Prozesswärme für die Produktion oder die teilweise Deckung des Warmwasserbedarfs in Hotels, Schlachthöfen oder Metzgereien aber auch Pflegeeinrichtungen und Krankenhäuser. Alle diese Anwendungen haben den sommerlichen Wärmebedarf gemein, der durch Solarthermie gedeckt werden kann.
Eine interessante, weil ungewöhnliche Anlage entstand beispielsweise auf dem Dach einer Autowaschanlage in Oberursel. 61 m² Flachkollektoren versorgen SB-Waschboxen mit Warmwasser. Dabei werden im Mittel 6000 l Warmwasser mit ca. 45 °C benötigt. Das solare Strahlungsangebot korreliere recht gut mit dem Warmwasserbedarf der Waschstraße. Die mit einem 3000 l Vorwärmspeicher ausgestattete Anlage, erreicht nach Angaben des Herstellers Wagner einen solaren Deckungsanteil von 38 % und einen Kollektorkreisertrag von rund 600 kWh/m².

Nicht mutmaßen, sondern messen. Wichtigstes Auslegungskriterium für Großanlagen ist der tatsächliche Warmwasserbedarf. Gemessene Zapfprofile, wie hier mit einem Datenlogger, zeigen oftmals wesentlich geringere Gleichzeitigkeiten als DIN 4708.
Bild: solid gGmbH

Ein weiteres Beispiel aus dem energetisch sanierten Geschosswohnungsbau ist ein Mehrfamilienhäuser-Block mit 164 Wohneinheiten im westfälischen Hagen-Haspe. Im Rahmen einer energetischen Sanierung wurde neben dem Vollwärmeschutz und einer Dachsanierung eine 252 m² große Solaranlage auf dem Flachdach integriert. Die im Sommer 2008 in Betrieb genommene Anlage deckt etwa 6 % des gesamten Wärmebedarfs der Bewohner und unterstützt dessen Nahwärmeversorgung. Auf diese Art und Weise können jährlich 31 t CO2-Emissionen eingespart werden.

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Weitere Einsatzmöglichkeiten ergeben sich auch in der solaren Kühlung. So können Kollektorfelder im Einklang mit dem Kühlbedarf, Prozesswärme für die Regeneration von Sorptionsrädern in DEC-Klimaanlagen liefern. Das benötigte Temperaturniveau von etwa 50 bis 70 °C kann auch mit Flachkollektoren erreicht werden. Eine solche Anlage entstand auf dem Dach des neuen Service-Centers des Güterverkehrzentrums Ingolstadt. Die nach dem offenen DEC-Prozess arbeitenden Vollklima-Anlagen haben jeweils einen Luftdurchsatz von 8000 m³/h und eine Kühlleistung von etwa 35 kW. Flachkollektoren treiben die Vollklima-Anlage an, die ihre thermische Energie vollständig von der Sonne bezieht. Insgesamt wurden 140 Kollektoren mit einer Gesamtfläche von 280 m² auf dem Flachdach aufgeständert. Neben der Klimatisierung stellt die solarthermische Anlage ganzjährig das Warmwasser für die Gäste des 70-Betten-Hotels im 2. OG des Gebäudes bereit. Insbesondere bei Groß-Solaranlagen ist die Leistungsfähigkeit des Systems allerdings von einer kompetenten Planung abhängig, die in einer Voruntersuchung Grundlagen für eine sinnvolle Anlagengröße ermittelt. Der Kollektor, auch wenn er unter Prüfbedingungen noch so gut ist, kann seine Leistungsfähigkeit nur in einem schlüssigen System erbringen. Wichtig ist in dem Zusammenhang auch die messtechnische Betreuung der Anlagen im Betrieb, um Optimierungen durchführen und Mängel rechtzeitig beseitigen zu können.

Systeme für große Flächen
Nach Angaben des BSW gibt es derzeit rund 100 Hersteller von Systemkomponenten für thermische Solaranlagen in Deutschland. Die in der Marktübersicht zusammengetragenen Daten erheben daher keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Vielmehr wurde aus der Vielzahl von verschiedenen Systemen ein möglichst repräsentativer Querschnitt gebildet. Die Tabelle zur Marktübersicht enthält neben den Herstellerangaben zur Bauart, den möglichen Einsatzbereichen und Montagearten auch Angaben über Leistungsdaten und Kosten der verschiedenen Kollektoren.

Das Braunschweiger Unternehmen Solvis fertigt Kollektoren bis zu einer Größe von 8,4 m², die sich für fast alle Montagearten eignen. Neben Aufdach- und Indach-Lösungen ist auch die Aufständerung oder die Fassadenmontage möglich. Den Kollektor bietet Solvis darüber hinaus - abhängig vom Einsatzgebiet und der Größe des Kollektorfeldes - in verschiedenen Durchströmungsvarianten an.

Einziger Vakuum-Röhrenkollektor in der Marktübersicht ist der "CPC-Star-Azzuro" des Herstellers Paradigma. Obwohl es sich hierbei nicht um einen echten Großflächen-Kollektor handelt, lassen sich mit der Röhre am Stück bis zu 4,9 m² Dachfläche belegen.

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Vakuum-Röhrenkollektoren können Bauartbedingt nahezu in jedem Anwendungsbereich der Solarthermie eingesetzt werden. Besonders in der Bereitstellung von Wärme auf hohem Temperaturniveau, wie beispielsweise der Prozesswärme für solare Klimatisierung oder der Warmwasserbereitung, bieten Röhrenkollektoren aufgrund der wesentlich geringeren Wärmeverluste Vorteile gegenüber Flachkollektoren. So hat dieser zwar zunächst einen geringeren Konversionsfaktor und damit höhere optische Verluste als die Flachkollektoren. Die flacheren Kennlinien von Röhrenkollektoren ermöglichen aber auch bei großen Temperaturunterschieden zwischen Kollektor und Außentemperatur hohe Wirkungsgrade und damit insgesamt höhere Solarerträge.

Ein Vergleich der Kennlinien von Flachkollektoren anhand der Herstellerangaben zeigt keine wesentlichen Abweichungen zwischen den einzelnen Fabrikaten. Daran wird auch der Entwicklungsstand der heutigen Flachkollektoren deutlich, der kaum noch wesentliche Verbesserungen zuzulassen scheint.

Varmeco bietet ein sehr umfangreiches Kollektor-Programm. So werden Kollektor-Module von 3 bis 19 m² Größe gefertigt. Das Unternehmen bietet die Flachkollektoren wahlweise mit Schwarzchrom- oder Sunselect-Beschichtung an. Darüber hinaus bestehen freie Wahlmöglichkeiten hinsichtlich Durchströmung und Anschlussbild der Modul-Kollektoren.

Ein weiterer Aspekt bei großen Solaranlagen ist die Optimierung des Montageaufwandes für die Kollektorfelder. So variieren die Kollektorflächen der einzelnen Anbieter zwischen 5 und 19 m² pro Modul. Mehr Fläche in weniger Zeit in die Dachfläche zu integrieren ist das Ziel der Hersteller, damit die spezifischen Kosten der Großanlagen sinken. So beschreibt varmeco den Montageaufwand für die Kranmontage des 380 kg schweren 19-m²-Kollektors mit etwa 1,5 Stunden zweier Monteure. Hinzu kommt natürlich die Mietgebühr des Autokrans.

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Vom Kollektorfeld zum Solardach
Den konsequenten Weg vom Schutzdach zum Nutzdach geht die Düsseldorfer systaic AG, dass Solaranlagen vollflächig in das Dach integriert. Dabei handelt es sich um ein modulares System für Solarthermie, Photovoltaik und Dachfenster, die standardmäßig miteinander verbaut werden können. Das System, das mit nur etwa 1 m² großen Einzel-Kollektoren arbeitet, kann bis zur Ganzdacheindeckung erweitert werden und wird ausschließlich vom Hersteller selbst montiert. Mit dem System wird die Dachflächennutzung optimiert und eine optisch sehr ansprechende Lösung erreicht. Das Energiedach, in das auch Photovoltaik-Module integriert werden können, verfügt über Komponenten für den Anschluss an Schornsteine und Fenster sowie Trauf-, First- und Ortganganschlüsse. Ein weiterer Vorteil der vollflächig integrierten Bauweise ist der Ersatz der herkömmlichen Dacheindeckung, sodass die "Doppelfunktion" der Solaranlage Investitionskosten einsparen kann.

Wagner & Co. - seit mehr als 25 Jahren Anbieter für Sonnenkollektoren und Solarsysteme - begleitet die Entwicklung größerer solarthermischer Anlagen aktiv seit über 10 Jahren. Ausgehend von Projekten Mitte der 90er-Jahre wurde ein Kollektorsystem entwickelt, das eine weitgehende Anpassung an die architektonischen Randbedingungen ermögliche. Der "Solar-Roof"-Kollektor ist variabel in den Abmessungen und kann an die Geometrie des Gebäudes bzw. des Daches angepasst werden. Die maximale Größe eines Kollektormoduls beträgt hier 10,1 m². Auch bei Wagner & Co. ist das Bestreben, Kollektoren in die gesamte Dachfläche zu integrieren. Durch die Ausbildung der wasserableitenden Oberfläche als Pfosten-Riegel-System sowie einer internen Entwässerungsebene übernimmt der Kollektor auch die Schutzfunktion des Daches.

Fassadenkollektoren
Auch Kollektoren für die Fassaden-Montage bieten die Hersteller inzwischen zunehmend an. Sie sollen insbesondere bei der energetischen Sanierung Synergieeffekte bringen, mit denen die geringere Strahlungsausbeute durch die ungünstige Ausrichtung wieder wettgemacht werden könne. So sei der - bei einer Altbausanierung gleichzeitige - Wärmedämm-Effekt etwa vergleichbar mit einem 100-mm-Wär-meschutz. Zu den weiteren Vorteilen einer Fassaden-Anlage zählt der geringere Montageaufwand gegenüber einer Flachdach-Aufständerung. Darüber hinaus werde Kollektor und Wärmeträger im sommerlichen Anlagenstillstand geringer beansprucht. Ein ganz wesentlicher Vorteil für Investoren ist aber sicher der deutliche Demonstrationscharakter der Fassaden-Anlagen, womit die Wohnumfeldverbesserung weithin sichtbar gemacht werden kann.

pdf "Grosskollektoren.pdf" hier herunterladen.

 


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