Bessere Systemintegration, mehr Warmwasserleistung, höhere Temperaturen: Die Solarthermie hat in den vergangenen Jahren technologisch zugelegt. Das Jahrbuch Solarthermie beschreibt fünf wichtige Entwicklungen.
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Solarthermie kann mehr als nur warmes Wasser für Bad und Dusche liefern. Sie hat bewiesen, dass Sonnenkollektoren auch wertvolle Energie zum Heizen beisteuern können. Dafür hat es eine stärkere Integration der Solarwärme in die herkömmliche Heizungstechnik gebraucht. Mit der Entwicklung kompakter Solarstationen, moderner Systemregelungen und innovativer Wärmespeicher hat die Branche diese Aufgabe gelöst.
Als Nervensystem einer Solarwärmeanlage hilft die Solarstation, über den korrekten Betrieb einer Solarwärmeanlage zu wachen und die dafür notwendigen Daten zum Beispiel zur Durchflussmenge an den Kopf des Systems – die Regelung – zu liefern. Die Systemsteuerung entscheidet darüber, zu welchem Zeitpunkt die Solaranlage ihren Betrieb startet, wann die Zuheizung läuft und wie die Kombianlage Wärme im Haus verteilt. Mit eingebauten Beladesystemen und angeschlossenen Frischwasserstationen bilden Speicher schließlich die Zentrale moderner Solarheizungen, die die Wärme temperaturgerecht aufnimmt und abgibt. Das Ende auf der Temperaturskala ist damit aber noch nicht erreicht. Längst bietet die Solarthermie mit neuartigen Kollektorkonstruktionen die Möglichkeit, hohe Temperaturen für industrielle Trocknungs- oder Kühlprozesse zu liefern.
Besser integriert
Damit das Zusammenspiel von Sonnenkollektoren zum Beispiel mit Pelletsheizkesseln oder Wärmepumpen effizient funktioniert, gilt es, der Solaranlage Vorrang vor der Nachheizung zu geben und die erzeugte Wärme der Temperatur entsprechend zu verteilen. Inzwischen fassen dazu komplett vorgefertigte Einheiten dazu die elektrische und hydraulische Regelung der Heizkreise und Wärmeerzeuger, das Speicherlademanagement und die hygienische Trinkwassererwärmung in einem Gerät mit den passenden Anschlüssen und Verbindungsstücken zusammen.
Sie sorgen dafür, dass sich die Energie aus dem Speicher sinnvoll nutzen lässt und die Solarenergie ihren Teil zur Heizung beitragen kann. Zudem vereinfachen die Hydraulikmodule den Monteuren die Montage, Inbetriebnahme und spätere Wartung der Heizanlage. Auch bei Solarstationen sorgen Verbesserungen für eine einfachere Handhabung und einen größeren Einsatzbereich. So steuern sie über integrierte Volumenstromsensoren selbständig den Durchfluss, können den Energieertrag exakt bestimmen und selbständig Störungen diagnostizieren.
Eine Regelung für alle
Damit sich Sonnenkollektoren und Heiztechnik nicht in die Quere kommen, müssen sie voneinander Kenntnis haben. Hersteller bieten deshalb Systemregler an, die eine große Zahl von Steuerfunktionen für beide Wärmeerzeuger in einem Gerät vereinen. Um den Heizungsbesitzern und Installateuren die Bedienung ihrer Regler so einfach wie möglich zu machen, sind moderne Geräte mit so genannten Touchscreens ausgestattet. Außerdem können sie inzwischen mit Multimedia-Geräten wie Computern oder Smartphones oder Mikrobussystemen im Haushalt kommunizieren.
Die Entwicklung geht weiter, denn eigentlich soll der Kessel am Morgen erst gar nicht anspringen, wenn ein Solarertrag kurze Zeit später absehbar ist. Aus diesem Grund arbeiten einige Firmen an der Entwicklung so genannter intelligenter Regler. Über Sensoren und Trendaufzeichnungen können sie einen ausreichend hohen Solarertrag erkennen und das Heizgerät sperren. Andere Lösungen können für jeden Betriebstag ein Zeitfenster berechnen kann, in dem es sich lohnt, die Solarpumpe in Betrieb zu nehmen.
Mehr Power aus dem Tank
Um das solare Heizen etablieren zu können, musste sich die Speichertechnik ändern. Puffer- und Kombispeicher haben deshalb an Bedeutung gewonnen. Zur Warmwasserversorgung kommen in den Anlagen häufig Frischwasserstationen zum Einsatz. Die außerhalb vom Solarspeicher montierten Wärmetauscher liefern warmes Wasser immer dann, wenn es gebraucht wird. Mit dieser Technik müssen im Speicher keine großen Mengen warmen Trinkwassers bevorratet werden. Gleichzeitig steigert sie die Schüttleistung.
Bislang punktet die Solarthermie vor allem in Ein- und Zweifamilienhäusern. Dabei steht längst Systemtechnik für Großanlagen bereit. So bieten Hersteller für die hygienische und bedarfsgerechte Trinkwassererwärmung im Durchflussverfahren immer größere Systeme an. Drehzahlgeregelte Primärkreispumpen ermöglichen zusammen mit elektronischen Regelungen eine hohe Temperaturgenauigkeit auch bei geringsten Zapfmengen, ohne dass im Warmwassernetz ein Mindestvolumenstrom nötig ist.
Auch die Volumen der Wärmetanks eignen sich inzwischen für größere Aufgaben in Mehrfamilienhäusern. Die Branche bietet sie inzwischen in Größen mit mehreren Tausend Litern Wasserinhalt an. Weil es bei den Größen immer schwieriger wird, sie im Heizungskeller unterzubringen, müssen sie draußen bleiben. Mit ihren speziellen Konstruktionen lassen sie sich Im Boden vergraben und sparen Platz in Gebäuden.
Materialwechsel bei Absorbern
Absorber aus Aluminium hat es vor dreißig Jahren schon einmal gegeben. Doch immer wieder auftretende Korrosionsschäden haben die damals als Rollbondabsorber gefertigten Sonnenfänger vom Markt verschwinden lassen. Stattdessen setzte die Branche auf Kupfer als Absorbermaterial. Die im ersten 2000er-Jahrzehnt überproportional gestiegenen Rohstoffpreise haben die Kollektorhersteller wieder Aluminium entdecken lassen. Mit dem Laserschweißen hatte sich eine Fertigungstechnologie gefunden, die Aluminiumbleche mit Registerrohren aus Kupfer verbinden konnte. Inzwischen stehen solche Produktionsmaschinen überall auf der Welt. 2005 produzierten gerade einmal vier europäische Unternehmen mit Laserschweißanlagen. Aluminium hat sich als Absorbermaterial inzwischen durchgesetzt. Die Entwicklung hin zu Aluminium hat sich auch dadurch verstärkt, weil sich die Anbieter von Ultraschallschweißanlagen auf das neue Material eingestellt haben.
Heiße Temperaturen
Kollektoren sind heutzutage nicht nur flach oder bestehen aus Röhren. Mit neuartigen Kollektorkonstruktionen hat sich die Solarthermie neben der Trinkwassererwärmung und der Heizungsunterstützung neue Einsatzfelder wie das solare Kühlen, die Prozesswärmeerzeugung, die Kraft-Wärme-Kopplung oder die Stromproduktion im kleinen und mittelgroßen Maßstab eröffnet. Ob Spiegelsysteme, Parabolrinnen oder konzentrierende Hybridkollektoren, sie alle erzeugen deutlich höhere Temperaturen als die bislang üblichen Flachkollektoren.
Unternehmen bieten inzwischen kommerzielle Produkte an, die zum Beispiel das Sonnenlicht auf flüssigkeitsdurchflossene Wärmetauscher bündeln oder in Luftreceivern Dampf erzeugen. Andere Systeme erzeugen neben hohen Temperaturen gleichzeitig Strom mit integrierten Photovoltaikmodulen.
Solche sogenannte PVT- oder Hybrid-Kollektoren bestehen beispielsweise aus Parabolrinnenspiegeln, die die Sonnenstrahlen auf einen mit Solarzellen bestückten Empfänger konzentrierten. Durch den Receiver strömt eine Flüssigkeit, die dabei die Photovoltaikelemente kühlt. Die Abwärme lässt sich zum Kühlen verwenden. Die Solarthermie wird in den kommenden Jahren nicht nur für Bad und Dusche oder zum Heizen gebraucht.
Joachim Berner
