Ob zur Heizungsunterstützung oder Brauchwassererwärmung - es gibt zahlreiche gute Gründe für die Installation einer solarthermischen Anlage. Die Nutzung von Solarenergie senkt die Energiekosten sofort und dauerhaft, denn Solarenergie ist kostenlos und unerschöpflich.
Was zeichnet nun eine gute Solaranlage aus?
Sonnenenergie steht in unbegrenztem Maße zur Verfügung. Die Kunst ist nun aus dieser Energieform den größtmöglichen Wirkungsgrad zu erzielen. Dabei unterscheidet man bei den zwei Arten nach Kollektorwirkungsgrad (Solarwärme) und Zellwirkungsgrad (Photovoltaik). Um den Wirkungsgrad der gesamten Anlage zu bemessen wird der Systemwirkungsgrad einer Solaranlage berechnet. dabei wird nicht nur der Kollektor bzw. die Zelle betrachtet, sondern das gesamte System mit den dazugehörigenden Komponenten wie z.B. Wärmetauscher, Speicher und Rohrleitungen. Gute Solaranlagen erzielen heute einen Kollektorwirkungsgrad von bis zu 50 Prozent und einen Zellwirkungsgrad von bis zu 25 Prozent.
Bestandteile einer thermischen Solaranlage:
Kollektoren
Ein Sonnenkollektor oder auch Solarkollektor ist eine Vorrichtung zur Sammlung der im Sonnenlicht enthaltenen Energie. Traditionell steht die Bezeichnung für einen thermischen Solarkollektor, der mit der „eingefangenen“ Sonnenenergie ein Übertragungsmedium (Heizwasser) aufheizt, wobei nahezu das gesamte Strahlungsspektrum des Sonnenlichtes in thermischen Solaranlagen mit relativ hohem Wirkungsgrad ausgenutzt wird. Vorrichtungen zur Gewinnung von elektrischer Energie in Photovoltaikanlagen werden dagegen als Solarmodule bezeichnet.
Warmwasser-Speicher
Häufig sind Solarspeicher bivalent ausgelegt, das heißt, sie besitzen zusätzlich zum Wärmeübertrager des Solarkreises eine Einrichtung zum Nachheizen mittels einer anderen Energiequelle, z. B. einen zweiten Wärmeübertrager im oberen Speicherbereich zum Anschluss an einen konventionellen oder Biomasse-Heizkessel.Dieses Nachheizen wird immer dann notwendig, wenn die Sonne nicht genügend Energie liefert, um den Warmwasserbedarf zu decken (zum Beispiel nach mehreren kalten Tagen mit dichter Wolkendecke). Alternativ kann dazu auch ein elektronisch geregelter Durchlauferhitzer verwendet werden, dieser muss für Zulauftemperaturen von über 20 °C spezifiert sein; gängige Durchlauferhitzer sind dies meist nicht. Die Warmwassererwärmung per Strom ist aber energetisch sehr ineffizient und wenig umweltfreundlich.
Solarstation
Im allgemeinen werden Kupferrohre der Nennweiten DN 15 bis DN 25 verwendet, auch können geeignete Verbundrohre zum Einsatz kommen, die sowohl temperaturbeständig als auch chemisch beständig sind. Sie werden - obwohl nicht erwähnt - meist nach der EnEV nur mit einer 100-%-Dämmung versehen, welche dauerhaft Temperaturen von mindestens 110 °C aushält. Im Außenbereich kommen blechummantelte Mineralwollschalen sowie geschäumtes EPDM in Frage, damit UV-Strahlung, Witterung und Vogelfraß keinen Schaden anrichten. Im Innenbereich lassen sich Dämmstoffe aus der Heizungstechnik nicht verwenden, da die sehr heißen Kollektor-/Solarflüssigkeitstemperaturen diese zerstören würden. Zink darf an keiner Stelle verwendet werden, da es von Glykolgemischen aufgelöst wird. Zu den Sicherheitseinrichtungen gehören Membranausdehnungsgefäß und Sicherheitsventil. Die Größe des MAGs ergibt sich aus dem Ausdehnungswasservolumen zuzüglich dem kompletten Flüssigkeitsdampf des Kreislaufes. Die Ableitung des SVs soll sicherstellen, dass heißes Spritzwasser keine Gefahr darstellt. Ein blockierbarer Entlüfter mit Sammelstrecke am höchsten Anlagenpunkt sorgt dafür, dass angesammelte Luft entlüftet werden kann. Damit wird gewährleistet, dass die Wärme kontinuierlich von Nur-Flüssigkeit aufgenommen und transportiert werden kann und der Kreislauf nicht unterbrochen ist. Volumeter zum Einstellen der Flüssigkeitsmenge, Temperaturmessgerät und Manometer sowie eine Befüll- und Entleerungsvorrichtung komplettieren die Solaranlage. Ein Schmutzfänger ist nicht vorgeschrieben; ist einer vorhanden, sollte der Siebeinsatz wegen der möglichen Ausbildung eines unnötigen Strömungswiderstandes nur kurzzeitig bei laufender Anlage - über einen schaltbaren Bypass - zum Einsatz kommen. Als Umwälzpumpen werden meist Heizungspumpen verwendet, die zum Schutz vor den hohen Temperaturen in den kalten Rücklauf gesetzt werden. Da der Volumenstrom des Solarkreises viel kleiner als der eines Heizungkreises ist, sind die Heizungspumpen für kleine Solaranlagen oft überdimensioniert. Spezielle Solarpumpen sind elektronisch geregelt, für kleine Volumenströme ausgelegt und deshalb stromsparend. Damit defekte Pumpen ausgewechselt werden können ohne den Kreislauf entleeren zu müssen, sollten sie zwischen zwei Absperrschiebern montiert werden. Ein Rückflussverhinderer im Rücklauf verhindert die mögliche Schwerkraftzirkulation, einer im Vorlauf vermeidet Rückströmung und damit Auskühlung des Speichers.
Speicherladeregler
Ein Solarregler besteht aus verschiedenen Regel- und Steuerkreisen. Er verarbeitet eingestellte Temperaturwerte, Temperaturmesswerte sowie gemessene Temperaturdifferenzen. In Abhängigkeit von den eingestellten und den gemessenen Werten werden Pumpen und/oder Ventile geschaltet. Die Temperaturen werden mit Fühlern (meist Heißleiter, Pt-100-Kaltleiter, oder Thermoelemente) im Vorlauf des Kollektors, im Rücklauf aus dem Wärmespeicher und meist an einer oder seltener an mehreren Stellen in ihm gemessen; liegt die Kollektortemperatur etwa 3 bis 5 °C über der Speichertemperatur, schaltet die Pumpe ein, bei Unterschreitung eines Grenzwertes schaltet sie aus. Komplexere Steueranlagen können zum Beispiel mehrere Kollektoranlagen mit unterschiedlicher Einstrahlung oder mehrere Speicher bzw. mehrere Solarwärmeübertrager verwalten. Weitere Temperaturmesswerte können im Regler zur Information aufgenommen und zur Anzeige gebracht werden, wie auch ein Betriebsstundenzähler zu Wirtschaftlichkeitsberechnungen nützlich sein kann. Manche Regler generieren aus den Messwerten Tendenz- und Plausibilitätswerte. Für Ein- und Zweifamilienhäuser wird die Minimalausstattung, bestehend aus Pumpe, Regler, einigen Armaturen und den Sicherheitseinrichtungen, in einer kompakten Einheit angeboten, die je nach Fabrikat Solarregler, Kompaktstation oder Solarstation heißt. Sie ist etwas größer als ein Schuhkarton und von einem Wärmedämmkasten umgeben, in dem sich die Anschlüsse für Vor- und Rücklauf, zwei Temperaturfühlern, dem Anschluss für das Membranausdehnungsgefäß und die Abblaseleitung, sowie für die Netzversorgung befinden. Diese Kompakteinheiten sind jedoch wenig wartungs- beziehungsweise reparaturfreundlich.
