S. absorbieren die einfallende Solarstrahlung (Globalstrahlung) und wandeln sie in Wärme um, die zur Warmwasserbereitung, zu Heizzwecken oder als Prozeßwärme genutzt werden kann.
(Stromerzeugung: Solarkraftwerke, Solarzellen)
Am meisten verbreitet sind Anlagen zur Brauchwassererwärmung (s. Graphik). Die Anlagen sind heute technisch ausgereift und 100.000fach praktisch erprobt.
Alle Länder, deren Sonnenverhältnisse vergleichbar mit denen in Italien oder Spanien sind, könnten einen Großteil ihres Warmwassers mit Hilfe von S. bereitstellen. Bislang haben dies allerdings erst wenige Länder realisiert, wie z.B. Zypern, Israel, Jordanien, wo S. bereits 25-65% der Warmwasserbereitung in privaten Haushalten übernehmen.
In Westdeutschland waren Ende 1992 etwa 900.000 m2 S.-Fläche installiert, die überwiegend in den Jahren 1990-1992 angebracht wurde. Die großen Potentiale, die S. in Deutschland als Wärmelieferant besitzen, sind damit allerdings erst zu Bruchteilen ausgeschöpft (Regenerative Energiequellen).
Über 50% der installierten S. dienen der privaten Warmwasserbereitung, gefolgt von privaten und öffentlichen Schwimmbadanlagen. Zu Heizzwecken können S. erst dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn kleine, preisgünstige Langzeitspeicher existieren, die die im Sommer eingefangene Sonnenwärme bis in den Winter hinein speichern können (Speicherung, Latentwärmespeicher).
Für die privaten Haushalte stellen S. für die Warmwasserbereitung die in unseren Breiten sinnvollste Nutzung regenerativer Energiequellen dar, die weder mit technischen noch finanziellen Risiken verbunden ist.
Die typische solare Brauchwasseranlage für einen Vierpersonenhaushalt in Deutschland besteht aus etwa 4-8 m2 Flachkollektorfläche und einem gut isolierten Warmwasserspeicher von etwa 300-400 l. Eine solche Anlage kann über das Jahr gemittelt 50-75% der Warmwasserbereitung übernehmen. Im Sommer, wenn die Zentralheizung ihren schlechtesten Wirkungsgrad besitzt, wird die Warmwasserbereitung vollständig von den S. übernommen. In den übrigen Jahreszeiten speisen Heizung und S. Wärme in den Speichertank. Die Kosten einer kompletten Anlage liegen bei 10.000-15.000 DM. Steuerliche Sonderabschreibungen und Fördermittel können die Kosten je nach Bundesland und Kommune um bis zu 50% reduzieren, womit sich die Anlagen in etwa 10-15 Jahren amortisieren. Die Energieamortisationszeit (die Zeit, bis die zur Herstellung der Anlage benötigte Energie wieder eingespielt ist) liegt bei S. bei nur 1-1,5 Jahren.
Die frostsichere Solarflüssigkeit im S.-Kreislauf sollte nicht wassergefährdend und leicht biologisch abbaubar sein; Propylenglykol ist gegenüber Ethylenglykol vorzuziehen.
Zur Brauchwassererwärmung genügen i.d.R. einfache Flachkollektoren mit Jahreswirkungsgraden von 25-35% (spezifischer Nutzgewinn pro Jahr 180 kWh/m2) und maximalen Temperaturen von 100 Grad C. Nur in speziellen Fällen lohnen sich Vakuumflachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren, bei denen sich der Absorber, um Wärmeverluste zu vermeiden, in einem luftleeren Glasrohr befindet. Mit solchen hochwertigen (und teuren) Kollektoren können Temperaturen von über 100 Grad C erreicht werden, womit sie auch Prozeßwärme für industrielle Prozesse bereitstellen können (z.B. Wäschereien). Diese Möglichkeit wird in Deutschland bislang praktisch nicht genutzt.
Besonders einfache Systeme sind Schwimmbadkollektoren, die aus einfachen Kunststoffabsorbermatten bestehen und auch horizontal verlegt werden können. Für Freibäder stellen Schwimmbadkollektoren oft eine lohnende Investition dar, die sich auch ohne Fördermittel innerhalb weniger Jahre amortisiert.
Eine sehr interessante Möglichkeit des S.-Einsatzes sind Anlagen zur solaren Nahwärmeversorgung. Die von großen Kollektorfeldern gesammelte Wärme wird hier über große Warmwasserspeicher bis in die Heizperiode aufbewahrt.
In Schweden sind seit 1985 mehrere solare Nahwärmenetze in Betrieb. In Lyckebo versorgt eine 4.300 m2 große Kollektorfläche, die an einen unisolierten Felskavernenspeicher (Speicherung, Aquiferspeicher) von 105.000 m3 angeschlossen ist, 550 Einfamilienhäuser mit Wärme. Solaren Nahwärmenetzen werden auch in Deutschland gute Chancen für die nahe Zukunft vorhergesagt; als erste Standorte sind Offenburg und Stuttgart im Gespräch.
Nutzung von Solarenergie zur Stromerzeugung: Solarzelle
Autor: KATALYSE Institut