Sonnenenergie, Solaranlage: Hier ein kleines Anschauungsbeispiel in Text und Bildern.
rechts: Dach mit Solarkollektoren.
Wärme aus Sonnenenergie:
Die Sonne strahlt durch die in ihr stattfindende Kernfusion von Wasserstoff zu Helium in grosser Menge elektromagnetische Wellen in allen Frequenzbereichen aus.
Ein guter Teil dieser Frequenzen liegt im Bereich der Infraroten Wärmestrahlung.
Diese Wärmestrahlung wird in Solaranlagen absorbiert und dabei in Wärme umgewandelt.
Bild Links / Prinzip eines Solarkollektors:
Strahlung (sichtbares Licht, aber auch die unsichtbaren Teile wie infrarote Wärmestrahlung) wird absorbiert.
Dabei wird die Energie in Wärmeenergie umgewandelt und mittels Kühlflüssigkeit abtransportiert.
In den Solarkollektoren wird dabei durch die Sonnenstrahlung normalerweise nicht direkt das Brauchwasser sondern zunächst ein Glykol-Wasser-Gemisch erwärmt.
(Grund: das Glykol dient als Frostschutz; die Anlage soll ja vor allem auch im Winter Wärme liefern und in den Nächten frostsicher sein).
Pro Quadratmeter trifft bei Sonneneinstrahlung eine Wärmeenergie von 1000 Watt (im Winter kann man pauschal ca. 300 Watt ansetzen) auf die
Solarkollektoren. Der Wirkungsgrad von heisswasser-Sonnenkollektoren ist mit 65-90 % erheblich grösser als der von elekrischen-,
also Photovoltaikmodulen, so dass pro qm locker 400-700 Watt an Wärmeenergie von der solaren Kühlflüssigkeit aufgenommen werden können.
So kann man die Kernfusion in der Sonne bequem anzapfen.
Allerdings sinkt der Wirkungsgrad eines Solarkollektors mit der Differenz zur Aussentemperatur.
Wenn die Differenz mehr als 50K bzw. 50°C ist, sinkt insbesondere bei schlechter Isolierung des Kollektors,
aber auch fast unabänderbar durch thermische Rück- bzw. Abstrahlung der Wirkungsgrad auf 50% und weniger.
Der Kreislauf mit dem Wasser - Glykolgemisch wird bei Überschreiten einer einstellbaren
Temperaturdifferenz (dazu dient ein sogenannter Solarregler - mehr dazu: hier klicken)
per elektrischer Pumpe in Gang gesetzt. Diese Solarpumpe ist meist eine ganz gewöhnliche Heizungspumpe, wie man sie auch von jeder Ölheizung kennt.
Die Solarflüssigkeit wird in einen Wärmetauscher geleitet, der den Solarspeicher - genauer: den Schichtspeicher aufheizt.
Sonnenenergie speichern mittels Schichtspeicher (Bild rechts), Prinzip: Der Trick bei einem Schichtspeicher besteht darin, dass sich oben das heisseste Wasser und unten das kälteste Wasser sammelt.
Das hat zur Folge, dass in den Solarkollektor nicht, wie sonst üblich, mehr oder minder schon bereits stark erwärmtes Wasser
gelangt, sondern gezielt immer nur das allerkälteste Wasser des gesamten Systems, was den Wirkungsgrad der Kollektoren (bzw. die dort absorbierte
Wärmemenge) verbessert. Besonders im Winter kann man dadurch (zusammen mit den gut isolierten Vakuum-Kollektoren)
bereits dann schon zumindest etwaige kalte Bereiche des Schichtspeichers schon erwärmen,
erwärmen, wo hingegen Systeme ohne Schichtspeicher eine unnötig höhere Vorlauftemperatur haben.
Auch im Winter sollte selbst bei Minusgraden problemlos - zumindest, wenn die Sonne scheint -
eine Vorlauftemperatur von 40 Grad und mehr erreicht werden, so dass diese Temperatur sowohl für Badewasser als auch für Fussbodenheizungen vollkommen ausreicht.
Allerdings kommt es nicht nur auf die Temperatur an, sondern auch sehr auf die Menge des erwärmten Wassers;
jedes Solarsystem kann man durch Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit auf sehr hohe Temperaturen bringen, so dass
der Laie dann denkt, er hat eine besonders gute Solaranlage, weil seine 70 Grad statt wie beim Nachbarn nur 50 Grad liefert.
Nur: 10 liter Wasser mit 70° enthalten eben sehr viel weniger Energie als 50 l mit 40° !
(genauer: 10 l Wasser, die man auf 70°C erwärmt, enthalten bei z.B. 20° Anfangstemperatur
nur ca. die Hälfte von 50l mit 40°, ergibt sich aus Temperaturdifferenz mal Volumen).
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