Solar Brauchwasseranlage

Die Sonne....

strahlt in einer halben Stunde soviel Energie auf die Erde, wie die Menschheit in einem Jahr verbraucht. Nutzen wir sie! Auch in der Schweiz ist es möglich, einen erheblichen Teil der Energie, die ein Privathaushalt benötigt, aus dem Sonnenlicht zu beziehen. Dafür stehen heute prinzipiell zwei Techniken zur Verfügung:
Mit Sonnenkollektoren lässt sich ohne weiteres bis zu zwei Drittel das Warmwasser im Jahresdurchschnitt erzeugen. Eine Solarstromanlage (Photovoltaik) kann ebenfalls um 50% des Stromverbrauchs einer vierköpfigen Familie decken. Aber nicht nur ökologisch ist Solarenergie ohne Konkurrenz. Auch auf der Kostenseite wird sie immer interessanter.
Wichtig ist nur, dass wir uns langsam Gedanken über unser Verhalten machen müssen. Denn die BP rechnet zum Beispiel nur noch mit einer wirtschaftlich verfügbaren Erdölreserve von ca. 40,5 Jahren. Also denke ich sollten vor allem wir Planer unsere seits die Bauherren über diese neue Technologie gut informieren und sie gleichzeitig zu diesem Schritt der Solarnutzung ermutigen. Das verlangt jedoch auch ein Grundwissen über die Solar-Bautechnik.



Grundsätzlich gibt es zwei Arten Sonnenenergie zu nutzen.

Photovoltaikanlagen.....

dienen der Stromerzeugung. Das Licht, das auf die Solarzellen fällt wird nicht in Wärme, sondern in Strom umgewandelt. Wenn Sie Ihre Anlage mit dem öffentlichen Stromnetz koppeln, speisen Sie überschüssige Energie dorthin ein und erhalten das natürlich vergütet. Verbrauchen Sie mehr Strom, als Ihre Anlage erzeugt, beziehen Sie ganz normal Ihr Strom von den öffentlichen Energieversorgern. Bei Inselanlagen hingegen speichern Sie alle Energie, die Sie nicht verbrauchen, in speziellen Batterien und können so später darauf zurückgreifen.

Abbildung 1



Strom aus Sonnenlicht ist eine Alternative: Dutzende bis Tausende dieser Siliziumzellen ergeben leistungsfähige Solargeneratoren. Sie wandeln das sichtbare Licht in elektrischen Strom um.

Solar Brauchwasseranlage.....

Dienen der Heisswassererzeugung. Kollektoren auf dem Hausdach wandeln das Sonnenlicht in Wärme um und übertragen sie auf eine frostsichere Flüssigkeit. Erst im Wärmespeicher der meistens im Keller positioniert ist, wird das Haushaltswasser erhitzt: Von hier aus können Bad und Küche mit Heisswasser versorgt werden. Es ist auch möglich die Heizung mit Solarenergie zu unterstützen. Man kann die Heizung aber nicht zu 100% mit der Sonne decken. Dafür gibt es bei uns zu viele Tage wo fast nichts aus dem Himmel kommt.

Funktionsprinzip:

Die Abbildung 2 zweigt den Aufbau eines typischen Flachkollektors. Die einfallende Sonnenstrahlung dringt durch die transparente Abdeckung (Glas oder Kunststoff) und erwärmt den dahinterliegenden Absorber (besteht meistens aus Kupfer). Dieser ist heute meist mit einer Spezialschicht versehen, um die thermischen Abstrahlverluste nach vorne möglichst gering zu halten. Die Absorbierte Energie wird nun auf das im Absorber zirkulierende Wärmeträgermedium übertragen und zum Speicher geführt. Damit der Absorber auf der Rückseite und über den Rahmen möglichst wenig Wärme verliert, ist das Gehäuse entsprechend wärmegedämmt. Um Kondensationsprobleme zu vermeiden, sollte das Kollektorgehäuse definierte Lüftungsöffnungen aufweisen, so kann sich eine minimale Luftzirkulation einstellen.

Abbildung 2



Zur Gewinnung von Wärmeenergie für Warmwasser durch Sonnenenergie braucht man ca. 1-1,5 m2; Kollektorfläche pro Person, wenn die solarthermische Anlage heizungsunterstützend sein soll, benötigt man ca. 2,5m2; pro im Haushalt lebender Person.


Flachkollektoren werden entweder als einzelne Elemente oder als Einbaukollektoren ausgeführt. Elementkollektoren sind universell verwendbar und können mit entsprechenden Befestigungskonstruktionen auf dem Dach aufgesetzt oder im Freien montiert werden. Einbaukollektoren werden in Dächer integriert und bilden somit einen Teil des Daches. Üblicherweise werden diese erst auf dem Dach zusammengebaut.

System (Kreislauf):

(Abbildung 3) Frostsichere Flüssigkeit (Wasser – Glykol – Gemisch) wird mit der Umwälzpumpe durch die Regulation in den Kollektor gepumpt. Dort wird die Flüssigkeit erwärmt und tritt am oberen ende des Kollektors wider aus. Die erwärmte Flüssigkeit kommt nun in den Speicher und erwärmt mittels Heizspirale das Kaltwasser, der Solarkreislauf ist geschlossen. Falls der Speicher nicht auf 55 C erwärmt werden kann kommt der Heizkessel zum Zuge (Gas). Er funktioniert gleich wie der Solarkreislauf, die Energie kommt aber vom Heizkessel.
Das warme Wasser im Speicher wird nun zu den einzelnen Radiatoren im Haus gepumpt. Eines darf man nie ausser Acht lassen! Das sind die Riesen Verluste die verloren gehen, wenn warmes Wasser in den Leitungen ist. Verloren gehen ca. 6`000 KWh pro Jahr.

Abbildung 3



Lernprozess:

An der Chamerstrasse 45 hat das Architekturbüro Zai & Partner vor Jahren ein Mehrfamilienhaus fertig gestellt an welchem ich mitarbeitete. Es gehört zur Seeufergestaltung der Stadt Zug, der Bauherr war folglich die Stadt Zug. Auf dem Dach dieses Hauses befinden sich 50m2 Kollektoren, mit denen die Heizung unterstützt wird. Man muss sich vorstellen, das in diesem Haus ca. 22 Personen wohnen und es werden ca. 3`200 m3 Volumen beheizt. Trotz diesem grossen Volumen war es möglich schon im ersten Jahr nach Bezug 38% des Heizenergieverbrauchs mit der Sonne zu heizen. Dies zu berechnen war nur möglich indem man mehrere Zähler anbrachte, welche dann alle 14 Tage abgelesen und ausgewertet wurden.


Auswertung Warmwasserproduktion
Messperiode über 1 Jahr
100% = 32`982 KWh

38.7% Solar
17`972 KWh gemessen
-3`330 KWh Waschküchenheizung
14`642 KWh Total

61.3% Gas
64`710 KWh gemessen
-46`370 KWh Heizung
18`340 KWh Total

Ertrag
Solar Vakuumkollektoren
17`972 KWh : 40,56 m2 = 443.09 KWh/m2
Substituierte Energie
14`642 KWh : 40.56m2 = 360.99 KWh/m2
entspricht 1`330 Liter Heizöl


Umlernen:

Wir können im Baulichen sehr viel verändern. Aber die Initiative muss von uns Hausbenützern kommen. Ich will ein Beispiel vorstellen:
Es wohnen zwei vierköpfige Familien im Haus an der Chamerstrasse, und beide Leben in der gleich grossen Wohnung. Der einzige Unterschied ist die Nationalität der Familien. Die einen sind Schweizer und die anderen stammen aus Indien. Nun kommt es vor, dass die Inderfamilie in einem Jahr zweieinhalb Mal soviel Energie zum Heizen verbraucht wie die Schweizerfamilie. Ich will damit nicht sagen Inder seien schlechte Leute, nein sie sind sich einfach an ein anderes Klima gewohnt. Daher muss man versuchen mit den Baulichen Veränderungen auch die Menschen zu verändern.
Mit dieser Arbeit sammelte ich sehr viele Erfahrung in einem Gebiet welches in der Zukunft eine sehr wichtige stellenwert bekommen wird.


Pro- und Kontraliste Solar Brauchwasseranlage:
Ich wollte nicht nur Argumente auflisten, ich überlegte, was damit gemeint ist.

Pro:

• Platz sparend? Inwiefern? Gegenüber was? Eine Moderne Gastherme ist kaum grösser als ein Zigarettenautomat.
• Nur Anfangsinvestition -> keine Folgekosten? Wir gehen mal davon aus, das die Dinger nicht kaputt gehen oder gewartet werden müssen.
• Umweltfreundlich? Nehmen wir mal an, es sind welche, die keinen sehr Energieaufwendigen Herstellungsprozess durchlaufen haben.

Kontra:

• Wärmt nur Wasser auf? Es wird meist eine glykolhaltige (Frostschutz) Flüssigkeit durch die Kollektoren geleitet, und dann später mit Hilfe eines Wärmetauschers der Nutzwasserkreis der Heizung gewärmt. Sehe hier keinen Nachteil? Macht das deine Heizung daheim anders? -> "Deckt hauptsächlich den Warmwasserbedarf"
• Von der Sonne abhängig? Die Sonneneinstrahlung ist rel. genau abschätzbar (auch im Winter scheint die Sonne, natürlich nicht so intensiv). Somit kann eine Kollektoranlage optimal dimensioniert werden. Der einzige Nachteil ist, dass ein Speicher benötigt wird. Gehen wir mal davon aus, dass wir diesen rel. beliebig groß machen können, könntest du bei geschicktem Management das ganze Jahr daraus zehren. Wirtschaftlich ist das aber quatsch, außer das Gesamtkonzept stimmt, Stichwort Nullenergiehaus.
• Im Winter nicht genug Warmwasser zur Verfügung? Des Weiteren kann man ja mit einer kleinen Gastherme oder einer Wärmepumpe etwas zuheizen.
  

Im Fazit kann man sagen, dass bei richtiger Dimensionierung von Kollektoren, Speicher und Kessel (Gas, Öl, oder sonst was) die Sonnenkollektoren sowohl wirtschaftlich, als auch ökologisch sehr wohl lohnen können. Natürlich immer nur zur Ergänzung einer herkömmlichen Heizung. Nicht als Ersatz.


Punkt Wirtschaftlichkeit:

Die Kollektoren können sehr wohl wirtschaftlich sein, denn es geht hier, wie schon richtig erkannt hauptsächlich um den Warmwasserbedarf. Der ist auch im Sommer wenn es warm ist, und nicht geheizt werden muss da, oder duscht man im Sommer nur kalt? Und das Argument mit den Subventionen ist auch nur ein halbes, denn sowohl die Kohle als auch das Gas werden Quersubventioniert. Und so ein Kollektor an sich ist nicht teuer. Es kommt dann eher auf den Installationsaufwand an, der betrieben werden muss. Gewartet werden muss die Öl- oder Gasheizung auch, der Kollektor an sich aber erst mal nicht. Der sollte schon 20-30 Jahre halten, ohne dass man was dran macht. Evtl. mal die Flüssigkeit wechseln.


Links:

http://de.wikipedia.org/wiki/Solarenergie
http://www.swissolar.ch/
http://archzai.ch


von Urs Balmer, Klasse 5A HSZ-T, HS 07/08