Umweltschonendes Bauen

Die Funktionsweise von Solaranlagen

Immer mehr Menschen entscheiden sich für die umweltschonende Art der Brauchwassererwärmung durch die Installation von Solarkollektoren. Zur Zeit zieren rund 1,7 Millionen m² Solaranlagen die bundesdeutsche Dachlandschaft, und es werden immer mehr. Wovon auch der Bauherr profitiert: Die Preise für Solaranlagen sind in den vergangenen zwei Jahren über 20% gefallen.

Man unterscheidet zwischen:
Solarthermie – Nutzung von Solarkollektoren zur Warmwasserbereitung
Photovoltaik – Stromerzeugung durch Solarzellen

Die Solarthermie
Die Sonneneinstrahlung wird in der Kollektortechnik zur direkten Erzeugung von Wärme genutzt. Funktionsweise der Solaranlagen: Folgendes Prinzip liegt meist zugrunde: ein Sammelbehälter (Kollektor) wandelt die aufgefangene Sonnenstrahlung in Wärme um. Eine eigene Solarstromversorgung liefert ihre Energie direkt an den Verbraucher.
Die Strahlung gelangt durch eine transparente Fläche in den Kollektorkörper und trifft auf den sogenannten Absorber, der sich dabei erwärmt. Der Absorber gibt die Wärme an ein Rohrsystem weiter, in dem eine Wärmeleitflüssigkeit zirkuliert. Diese Flüssigkeit wird durch eine Umwälzpumpe zum Solarspeicher transportiert (Solarkreislauf), der die Energie aufnimmt und mittels Wärmetauscher an das Brauchwasser abgibt. Von dort aus werden dann die Abnehmer gespeist.
Eine Heizungsanlage mit Speicher und Brauchwassererwärmer sowie ein konventioneller Heizkessel reichen für einen effizienten Betrieb einer Solaranlage aus.

Der Kollektor steht in unterschiedlichsten Bauformen und Materialien (Metalle, Kunststoffe) zur Verfügung.
Man unterscheidet zwischen: Flachkollektoren undvVakuumkollektoren

Der Flachkollektor besteht aus einem flachen Gehäuse, das den Absorber umschließt. Er verfügt an der Seite, die dem Licht zugewandt ist, über eine Glasabdeckung.

Bei Vakuumkollektoren werden die Isoliereigenschaften eines Vakuums ausgenutzt. (Die Luftschicht zwischen Absorber und Glasabdeckung wird abgesaugt, der Wärmeverlust wird unterbunden.) Die Anschaffung solcher Kollektoren ist zwar wesentlich teurer – doch der höhere Wirkungsgrad rechtfertigt den Preis.
Vergleich des solaren Deckungsgrades (= der Prozentsatz des Brauchwassers, der ausschließlich mit Solarenergie erwärmt wird:
Flachkollektor: solarer Deckungsgrad liegt bei 60%.
Vakuumkollektor: Solarer Deckungsgrad liegt bei 80%. Der Vakuumröhrenkollektor ist zwar teurer als Flachkollektoren, dafür aber auch deutlich effizienter.

Bewährt haben sich Anlagen mit 1 bis 1,5 m² Kollektorfläche und etwa 70 bis 100 Liter Speichervolumen pro Person im Haushalt. Dabei sind Dächer mit Neigungen von 25 bis 80 Grad und Abweichungen von plus/minus 30 Grad von der Südausrichtung geeignet.

Die Photovoltaik
Photovoltaik – ist die direkte Umwandlung des Sonnenlichts in elektrische Energie mit Hilfe von Solarzellen. Solarzellen sind aus einem Halbleiterwerkstoff (z.B. Silizium) bestehende Scheiben.
Sie weisen zwei Schichten auf: ein relativ starkes, positiv leitendes Substrat und eine sehr dünne, negativ leitende Schicht. Mehrere Zellen werden zu Modulen zusammengeschaltet (die Spannung einer einzelnen Photovoltaikzelle ist meist zu niedrig). Wegen der Sprödigkeit der Solarzellen haben die Module eine Schutzschicht aus Glas oder Kunststoff.

Folgende Modultypen (auch Generatoren genannt) werden derzeit angeboten:

Amorphe Solarzellen: Silizium-Atome sind auf den Solarzellen regellos angeordnet. Wirkungsgrad von nur 5 bis 6%
Multikristalline (auch: polykristalline) Solarzellen: Silizium-Atome sind in einer Kristallgitterstruktur angeordnet, Wirkungsgrad bis zu 14%
Monokristalline Solarzellen besitzen eine vollständig gleichmäßige Gitterstruktur der Silizium-Atome. Wirkungsgrad: bis zu 17%. Im Gegensatz zu polykristallinen Solarzellen erzeugen sie auch schon bei schlechten Lichtbedingungen nutzbare Energie. Bereits ab etwa 5% der vollen Sonnenstrahlung erlauben sie beispielsweise das Laden eines Batteriespeichers

Die Photovoltaik-Anlagen mit den geringsten Investitionskosten und dem höchsten Nutzungsgrad sind netzgekoppelte Anlagen im Parallelbetrieb. Sie speisen den erzeugten Strom direkt in die Wechselspannung des Hauses (ohne Batteriebetrieb) ein. Der erzeugte Strom (Gleichstrom) wird in einem Wechselrichter in den notwendigen 50-Herz-Volt-Wechselstrom umgewandelt. Benötigt werden: Solarzellenmodule, Gleichrichter sowie Regeleinrichtungen und Stromzähler. Befestigungssysteme sind mittlerweile für alle Solarmodultypen und Dachdeckungen lieferbar.

Baugenehmigung und Förderung
Photovoltaikmodule können inzwischen sehr gut als architektonisches Gestaltungsmittel eingesetzt werden. Die Notwendigkeit einer Baugenehmigung ist in den Bundesländern unterschiedlich geregelt – ebenso die Art und Weise sowie die Höhe der Förderung. Förderprogramme für erneuerbare Energien finden sich in allen Bundesländern.

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