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Solarthermie

Sonne, Erde, Gezeiten

Regenerative Energie kommt aus Energiequellen, die nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich sind. Die Sonne ist eine solche Energiequelle, ebenso wie die Erdwärme und die Gezeitenkraft.
Am meisten genutzt wird die Sonnenenergie. Sowohl bei klarem Himmel als auch bei bedecktem sendet sie Energie als direkte oder diffuse Strahlung auf die Erde. Indirekt ist sie in Biomasse wie Holz, in Wind und Wasserkraft gespeichert. Die Nutzung regenerativer Energien für die Wärmeversorgung von Häusern spart laufende Kosten, schont fossile Ressourcen und vermindert die Emissionen von Schadstoffen und klimaschädigenden Gasen.

Einfache Solarernte

In unseren Breiten strahlt die Sonne im Sommer auf einen Quadratmeter mit einer Leistung von 1.000 Watt. An einem trüben Wintertag kann die Leistung bis auf 50 Watt sinken. Jährlich trifft damit auf jeden Quadratmeter eine Energiemenge, die etwa 100 Litern Heizöl entspricht. Am einfachsten ist es, die Sonnenwärme zu ernten. Die dazu nötige thermische Solaranlage besteht aus Sonnenkollektoren, Solarstation, Regelung, Speicher und Verrohrung. Ihre Leistung und ihre Lebensdauer hängen ganz entscheidend von der Qualität der verwendeten Bauteile und einer fachgerechten Installation ab.

Nach Süden oder Osten ausgerichtete Kollektoren bringen einen höheren Ertrag als nördlich oder westlich orientierte. Solaranlagen zur Wassererwärmung werden so ausgelegt, dass sie in den Sommermonaten den Warmwasserbedarf weitgehend ohne eine Zusatzheizung decken können. In der Übergangszeit und im Winter wärmen sie das Wasser nur vor. Bei einem durchschnittlichen Warmwasserbedarf von 30 Litern mit 45°C pro Person und Tag benötigt ein 3-Personen Haushalt etwa vier Quadratmeter Flachkollektoren oder etwa drei Quadratmeter Vakuum-Röhrenkollektoren. Ob sich auch ein Einsatz zur Heizungsunterstützung rentiert, kann der Fachmann berechnen. Er kennt auch die aktuellen staatlichen Förderprogramme und Zuschüsse.

Fotovoltaik

Auch elektrischen Strom aus Sonnenenergie zu erzeugen ist heute schon dank staatlicher Förderung rentabel. Eine Solarzelle ist in der Lage die Sonnenstrahlung in elektrischen Strom umzuwandeln. Mehrere Solarzellen werden dafür zu Fotovoltaik-Modulen zusammengeschaltet. Übliche Module erreichen heute Wirkungsgrade von etwa acht bis zehn Prozent. Pro Kilowatt (kW) installierter Leistung werden zehn Quadratmeter Fläche auf einem Flach oder einem Satteldach benötigt.
Witterungs- und elektrisch bestens erprobt sind siliziumhaltige Module. Neu auf dem Markt sind Flachmodule ohne Silizium. Beide Modelle erzeugen eine Gleichspannung, die mit einem Wechselrichter auf 230 Volt Wechselspannung transformiert wird. Der gesamte Strom wird in das Netz des Stromnetzbetreibers eingespeist. In der Regel vergütet dieser auch den eingespeisten Strom mit der Einspeisevergütung, die das Erneuerbare-Energien-Gesetz garantiert.

Wärmepumpe

Wärmepumpen und Kühlschränke verwenden das gleiche physikalische Prinzip, allerdings mit umgekehrter Zielsetzung: während ein Kühlschrank Kälte produziert, erzeugt die Wärmepumpe Heizwärme. In beiden Fällen wird mit Hilfe elektrischer Energie Wärme transportiert – einmal aus dem gedämmten Kühlschrankinneren heraus, das andere Mal in gedämmte Räume hinein. Sie unterstützen am besten Heizungen mit geringen Vorlauftemperaturen wie etwa Fußbodenheizungen. Wärmepumpen geben ein Mehrfaches der aufgewendeten elektrischen Energie als Heizwärme ab. Ein wichtiges Qualitätskriterium für ein Gerät ist das Verhältnis von Nutzwärme zu eingesetzter elektrischer Energie. Die drei Typen von Wärmepumpen nutzen entweder die in Grundwasser, Außenluft oder Erdreich gespeicherte Sonnenenergie. Am kostengünstigsten ist die so genannte Luft/Wasser-Wärmepumpe. Sie hat eine Größe von etwa 1 x 1 x 1 Meter und wird in der Regel im Außenbereich aufgestellt, neue Modelle auch im Haus.

Biomasse

Auch in Biomasse wie Holz, Stroh, Getreide, Gras oder Laub ist Sonnenenergie gespeichert, ebenso wie in Öl von Nutzpflanzen wie Raps oder Sonnenblumen. Durch Verbrennung kann sie genutzt werden. Im häuslichen Bereich wird in der Regel nur Holz verwendet. Kachelöfen sind die traditionelle Methode, Stückholzkessel und vor allem Holzpelletöfen die moderne. Holzpellets werden aus gepressten Säge- und Hobelspänen hergestellt. Sie enthalten keine chemischen Bindemittel und haben eine hohe Energiedichte. Moderne Öfen laufen automatisch und verbrennen mit hohen Wirkungsgraden und geringen Emissionen. Holzpelletfeueröfen weisen deutlich niedrigere Kohlenmonoxid- und Staubwerte auf als andere Anlagen für Festbrennstoffe, z. B. offene Kaminöfen.

Wärmespeicherung

Ob Holz, Wärmepumpe oder Sonne – in allen Fällen muss die erzeugte Wärme gespeichert werden, wenn die Nutzung unabhängig von der Erzeugung möglich sein soll. Ein guter Wasserspeicher zeichnet sich durch eine Temperaturschichtung aus und sollte geringe Wärmeverluste aufweisen. Selbst dann entweicht noch der Jahresertrag von etwa einem Quadratmeter Flachkollektorfläche als Abwärme in den Aufstellraum. Von Vorteil ist deshalb die Aufstellung in einem zum gedämmten Bereich gehörenden Raum. Bauweise und Sorgfalt bei der Einbindung des Speichers in das Rohrleitungsnetz hat auf den Wärmeertrag einer Solaranlage einen erheblichen Einfluss.