Die Sonne bringt’s

Das Beheizen von Gebäuden und die Trinkwassererwärmung beanspruchen einen großen Anteil am Energiebedarf. Eine unumstrittene Tatsache – wie auch die stetig steigenden Kosten für fossile Energie und die Bekenntnisse, von der fossilen Wärmeversorgung wegzukommen. Eine mögliche Alternative ist die Solarenergie. Hier kann der potenzielle Kunde aus einer Vielzahl an Solarsystemen auswählen.

„Pool“-Position
Roos Freizeitanlagen GmbH beispielsweise bietet die solare Poolheizung an. Das System, das einen thermischen Wirkungsgrad von 91 % erreicht, eignet sich für kleine Becken ebenso wie für große öffentliche Bäder, die Becken mit 50-m-Bahnen zu beheizen haben. Weil die Verteiler- und Sammelrohre der solaren Poolheizung gewellt sind, verdreifacht sich die Oberfläche zur Aufnahme der Solarwärme im Vergleich zu nicht gewellten Verteiler- und Sammelrohren. Das durch die Rohre fließende Wasser kann sich somit schneller erwärmen. Meist lässt sich der Solarkreislauf mittels der Filterpumpe des Pools betreiben, sodass die Solaranlage ohne eigene Energieversorgung auskommt. Ein Ventil steuert den Kreislauf und schaltet den Wärmezulauf ab, sobald die Wunschtemperatur erreicht ist.
Damit die Rohre der starken UV-Strahlung standhalten, setzt der Hersteller auf den dauerhaft UV-stabilen Kunststoff Solar-Polypropylen (PP). Das harte Material ist kältebeständig, verkraftet über Jahre hinweg auch aggressive Pflegemittel und ist ferner resistent gegen Verbiss durch Tiere wie etwa dem Marder. Zudem kommt die Anlage ohne Be- und Entlüfter aus, da sich die Leitungen auch bei einem eventuell entstehenden Unterdruck nicht deformieren.
Dennoch lassen sich die Rohrleitungen der Solaranlage flexibel verlegen und an nahezu jede Form und jedes Maß anpassen. Die Montage der Kollektoren erfolgt in der Premiumausführung mittels eigens entwickelter Profil-Fittings, die sich bei Bedarf auch zerstörungsfrei wieder lösen lassen. Da hiermit das Aushärten von Kleber entfällt, kann die Anlage sofort nach der Montage in Betrieb genommen werden. Darüber hinaus bietet das spezielle Design der Solaranlage dem Wind kaum eine Angriffsfläche, weshalb es ausreichend ist, die Kollektoren auf schrägen Dächern mittels Edelstahllochbändern zu befestigen oder auf Flachdächern einfach abzulegen.

Solar erwärmte Luft
Für das dezentrale Beheizen von bestehenden Hallen und für thermische Prozesse bietet die Gogas Goch GmbH eine Solarlufttechnologie an. Für dieses Luftsystem werden strahlungsdurchlässige Kunststoffplatten aus UV- und wetterbeständigem Polykarbonat als Absorber an der Außenwand eines Gebäudes – vorzugsweise in südwestlicher Ausrichtung – befestigt. Die mit einem Wandabstand von 10 bis 15 cm angebrachten Kunststoffplatten sorgen dafür, dass die solare Ernte auch bei windigem Wetter nicht verlorengeht. Um die Sonnenstrahlen optimal absorbieren zu können, ist es notwendig, die darunterliegende Hauswand entweder schwarz zu streichen oder mit einem schwarzen Blech zu verkleiden. Das Design der äußeren Platten kann dagegen gemäß den Kundenwünschen ausgeführt werden. Deshalb lässt sich das System auch als Fassadenverkleidung nutzen.
Während die Sonnenstrahlen die Hauswand erwärmen, kühlt ein Ventilator die Kunststoffplatten auf Umgebungstemperatur. Damit strömt die im Stauraum gesammelte solare Energie als warme Luft nach oben. Durch eine Wandöffnung gelangt die auf bis zu 45 °C über Umgebungstemperatur aufgeheizte Luft in das Gebäude. Gleichzeitig wird vom Gebäude nach außen dringende Wärme absorbiert und über das System wieder in die Halle zurückgeleitet. Das Gebäude wird somit zusätzlich durch die Solarkollektoren isoliert.

Sonniges Lüften mit Energiegewinn
Aber mit Solarenergie lässt sich nicht nur heizen, auch lüften ist möglich. So bietet Grammer Solar mit dem Solar-Luft-System „Twinsolar“ eine Technik zum Austausch feuchter und verbrauchter Raumluft an. Bei diesem System ist der Sonnenkollektor mit einem Ventilator ausgestattet. Er erzeugt einen leichten Überdruck und lässt damit von der Sonnenseite des Hauses frische Außenluft über eine gedämmte Dach- bzw. Wanddurchführung in die Wohnräume strömen. Die um bis zu 40 °C erwärmte, trockene Frischluft nimmt beim Durchströmen der Räume vorhandene Feuchtigkeit auf und entweicht schließlich wieder über Abluftöffnungen nach draußen. Die Technik zielt darauf ab, bei voller Sonneneinstrahlung die Raumluft einmal pro Stunde auszutauschen. Damit die warme Luft alle Räume durchströmen kann, dürfen die Zimmer nicht luftdicht gegeneinander verschlossen sein.
Die Leistungsfähigkeit der Solarlüftung wird durch das Wetter und die Ausrichtung der Kollektoren beeinflusst. Während der Heizperiode heizt und lüftet das System umso kräftiger, je öfter die Sonne scheint. Sollte es zu warm werden, schaltet ein Raumthermostat den Ventilator ab. Ist die solare Einstrahlung dagegen zu gering, geht die Anlage nicht in Betrieb. In diesem Fall ist es erforderlich, bewohnte Gebäude über zusätzliche Lüftungselemente oder per Fenster zu lüften.
Die Sonnenkollektoren lassen sich vertikal oder horizontal mit Ausrichtung nach Süden, Südost oder Südwest anbringen, wobei die Befestigung auf dem Dach, an der Fassade oder auch an einer Balkonbrüstung erfolgen kann. Die zur Verfügung stehende Kollektorfläche bestimmt, wie viele Räume an das Solar-Luft-System angeschlossen werden können. So ist es möglich, mit 1 m2 Kollektorfläche pro Jahr 350 - 700 kWh Sonnenenergie zu ernten. Damit lässt sich ein etwa 10 m2 großer Raum mit solarerwärmter Luft versorgen, wobei bis zu 3500 l Wasser als Raumluftfeuchte abtransportiert werden. Zum Vergleich: Jährlich fallen in einem Vierpersonenhaushalt etwa 5000 l Luftfeuchte durch Waschen, Kochen und über die Atmung an.

Maximale Wasserhygiene bei durchdachtem Aufbau
Ein flexibles Solarsystem zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung bietet die Rotex Heating Systems GmbH als variables Drucksolar-System oder als druckloses Drain-Back-System an. Bei dieser Technologie wandeln isolierte und mit einer hochselektiven Beschichtung ausgestattete Kollektoren die Sonnenstrahlung in Wärme um. Beim Drain-Back-System wird zudem auf ein Frostschutzmittel verzichtet. Das Puffermedium Wasser wird direkt umgewälzt, weshalb Übertragungsverluste durch einen zusätzlichen Wärmeübertrager oder Frostschutzmittel beim Einschichten in den Speicher entfallen.
Der Solar-Schichtspeicher nimmt die solare Wärmeenergie auf und gibt sie bei Bedarf über die Wellrohr-Wärmeübertrager an das Trinkwasser oder an das angeschlossene Heizsystem ab. Bei der System­auswahl bietet das Unternehmen unterschiedliche Speichervarianten an. Durch das Konstruktionsprinzip der Speicher wird eine optimale Schichtung sichergestellt. Für die optimale Wasserhygiene setzt der Hersteller auf einen Wellrohr-Wärmeübertrager aus Edelstahl, durch den das Trinkwasser geführt und nach dem Durchlaufprinzip erst während der Entnahme erwärmt wird. Wegen der kurzen Verweildauer des Wassers im Speicher bietet dieses System einen prinzipbedingten wirksamen Schutz vor Legionellen. Auch sammeln sich konstruktionsbedingt weder Schlamm, Rost und Kalk noch Sedimente im Speicher an. Ferner eignen sich die kompakten Speicher herstellerübergreifend als Ergänzung für bestehende Anlagen.

Hightech bei Wannenkonstruktion
Der montagefertige Flachkollektor „Helio­star 252 S4“ der Roth Werke GmbH basiert dagegen auf einer geschlossenen, dickwandigen Polykarbonat-Wannenkonstruktion. Das korrosionsbeständige Material kennzeichnet sich durch hohe Schlagzähigkeit sowie Temperatur- und UV-Beständigkeit. Ausgestattet mit vier steckbaren Anschlüssen lassen sich die 2,52 m² großen Kollektoren in Reihe eng miteinander verbinden. Dazu rasten die auf dem Dach installierten Befestigungsschienen in die in der Wanne eingearbeiteten Nuten ein, wobei üblicherweise vorzunehmende Sicherungsmaßnahmen bereits in die Kollektorwanne integriert sind. Die niedrigere Aufdachmontage optimiert die Stabilität und lässt eine optische Einheit entstehen. Das einmal verbundene System kann bei Bedarf auch wieder gelöst werden. Der Flachkollektor eignet sich für die Aufdach-, Indach- und Freiaufstellungsmontage.
Zudem lässt sich die Solaranlage mit dem Kunststoff-Solar-Kombi-Speicher „Thermotank Quadroline“ (TQ) für die Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung kombinieren. Die Wärmetanks werden in der Faserverbund-Wickeltechnologie (Composite-Filament-Winding-Technologie) druckfest hergestellt. Der im Durchlaufprinzip aufgebaute Speicher ist mittels einer abnehmbaren EPS-Hochleistungsisolierung gedämmt. Die Isolierung variiert von 100 mm (TQ 325 l) über 115 mm (TQ 500 l) bis zu 145 mm (TQ 850 l). Ferner bietet das Unternehmen für die weitere Verbesserung der Energieeffizienz optional einen 5 mm starken Thermocoat sowie den Thermocoat plus mit einer 35 mm starken Polystyrol-Dämmung an.
Bei den in sich geschlossenen Speicher­einheiten dient ein innen liegendes Edelstahlwellrohr zur hygienischen Bevorratung und Erwärmung des Trinkwassers. Das im äußeren Speicher enthaltene Wasser wird dagegen in die Heizungsanlage einbezogen. Der Solareintrag erfolgt über einen im unteren Bereich angeordneten Edelstahlwellrohr-Wärmeübertrager. Für die bedarfsgerechte Aufladung des Speichers und die hierzu erforderliche Positionierung des Speicherfühlers sorgen zwei an der Außenwand angebrachte Doppelfühlerkanäle.

Wärmeenergie durch Vakuum
Die Vakuum-Röhrenkollektoren der Paradigma GmbH liefern auch bei geringer Sonneneinstrahlung größtmögliche Ener­gieerträge. Die Module des „Aqua-Solar-Systems“ setzen sich aus Vakuumröhren zusammen, die das Sonnenlicht mittels absorbierender Schicht in Wärme umwandeln. CPC-Spiegel reflektieren zudem Strahlen, die zwischen den Röhren aufkommen. Die CPC-Spiegel bewirken außerdem, dass das Licht immer im optimalen Winkel auf den Absorber trifft. Ferner versprechen hochwertige Materialien wie Aluminium, Borosilikatglas, witterungsbeständige Kunststoffe und Spezialstahl eine lange Lebensdauer der Kollektoren.
Während das Vakuum die Röhrenkollektoren gegen Wärmeverluste isoliert, ermöglicht das Wärmeträgermedium Wasser den einfachen Anschluss der Solarheizung auch an bestehende Heizkessel. Wasser bietet sich als Wärmeträger an, da es günstige physikalische Eigenschaften in puncto Wärmeleit- und Speicherfähigkeit und im Vergleich zu einem Wasser-Glykol-Gemisch eine geringere Viskosität aufweist.
Das Paradigma-System arbeitet nach dem sogenannten Intervall- oder Eimerladeprinzip und wirkt wie ein mit hohen Temperaturen betriebener, zweiter Heizkessel. Um das zum Kollektor transportierte kalte Wasser von der Sonne auf die Bedarfstemperatur oder höher zu erhitzen, schaltet sich die Solarpumpe lediglich dann ein, wenn im Kollektor ein lohnendes Maß an Solarwärme zur Verfügung steht. Um ein Einfrieren im Winter zu vermeiden, wird Niedertemperaturwärme aus dem kalten Bereich des Speichers zu den Kollektoren gepumpt. Auf diese Weise wird der Frostschutz gewährleistet.

Fazit
Das Spektrum der Solaranwendungen ist breit gefächert, wobei die vielschichtigen Möglichkeiten über die ressourcenschonende Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung hinausgehen. Es lohnt sich also bei der Planung für den Neubau und bei der Sanierung älterer Gebäude zu prüfen, ob sich eines der mannigfaltigen Systeme gewinnbringend einsetzen lässt.

Autorin: Carola Tesche, freie Journalistin