Solare-Wärmeerzeugung

Sonnenenergie, die unerschöpfliche Energiequelle

Wir decken 85% unseres Energiebedarfs mit Kohle, Erdöl und Erdgas, also mit Energie, die von Pflanzen über Millionen von Jahren aus der Sonnenenergie in chemische Energie umgewandelt worden ist.

Diese Energie ist viel zu kostbar, um sie in wenigen Jahrzehnten zu verfeuern.

Rund 25% unseres Energieaufkommens werden in Mitteleuropa für die Raumheizung eingesetzt, rund 10% für die Warmwasserbereitung.

Wir haben heute die Möglichkeit, einen großen Teil dieses Energiebedarfs mit Sonnenenergie zu decken - ohne Schadstoffemission, ohne CO²-Erzeugung und ohne unsere Energiereserven zu vergeuden.

Die Firma bätz hilft Ihnen mit Anlagen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung konventionelle Energieträger einzusparen und unterstützt Sie bei Ihrem Beitrag zum Umweltschutz.

Übrigens: Der Staat unterstützt Sie finanziell beim Bau einer Solar-Anlage. Die nötigen Anträge können ganz bequem über uns gestellt werden.

Sonnenenergie und deren Nutzungsmöglichkeiten

Eigenschaften der Solarstrahlung

Die von der Sonne kommende Strahlung wird quantitativ durch die Solarkonstante gekennzeichnet:

S = 1350 W/m²

Das ist der Jahresmittelwert der Strahlungsleistung, die von einer senkrecht zur Richtung der Strahlung stehenden Fläche extraterrestrisch (d. h. außerhalb der Erdatmosphäre) längs der Erdbahn empfangen wird.
Auf der Erdoberfläche ist die Strahlung, bedingt durch die Kugelform der Erde, der Neigung der Erdachse (Deklination) und der Rotation der Erde im Tages- und Jahresrhythmus starken zeitlichen und örtlichen Schwankungen unterworfen.
Die insgesamt auf einen Quadratmeter fallende Energie (die Jahressumme der Globalstrahlung) hängt vom
Klima des betrachteten Ortes ab und wird in Globalstrahlungskarten erfasst.

Sonneneinstrahlung in Deutschland

Die Sonne stellt uns jährlich weltweit extraterrestrisch ca. 1.5 x* 1018 kWh/a Strahlungsenergie zur Verfügung.
Die Erde hat eine Oberfläche von 5 x 1014 m², d. h. die mittlere Jahressumme der Einstrahlung beträgt 3000 kWh/m²a. Davon kommen 60 % auf der Erdoberfläche an. Damit beträgt die mittlere Jahressumme der Globalstrahlung 1800 kWh/m²a.

In Deutschland stehen ca. 1100 kWh/m²a zur Verfügung. Davon entfallen 2/3 auf das Sommerhalbjahr und 1/3 auf das Winterhalbjahr.

Typische Einstrahlbedingungen in den verschiedenen Regionen (Klimazonen) werden durch die jährlichen Sonnenscheinstunden wiedergegeben:

Klimazonen in Deutschland: jährliche Sonnenscheinstunden

Von den 8760 Stunden, die ein Jahr umfasst, wird nur in 1300 bis 1900 Stunden Solarenergie eingestrahlt. Die Solarenergie ist also nicht immer dann verfügbar, wenn sie gebraucht wird. Ein typischer sonniger Sommertag liefert die Energie über ca. 12 Stunden mit einem Leistungsmaximum von 1000 W/m².

Um möglichst viel Solarenergie nutzen zu können sollte ein zeitweises Überangebot an Energie über Zwischenspeicherung für eine spätere Nutzung aufbewahrt werden. Bei optimaler Auslegung der Solaranlage kann eine Deckung von 65% bis 70% erreicht werden.

Neben den quantitativen Unterschieden der Strahlungsenergie, die sich in unterschiedlichen Tages- und Jahressummen der Globalstrahlung ausdrücken, gibt es auch qualitative Unterschiede.

Die Globalstrahlung besteht aus zwei Anteilen, der "direkten Strahlung"; die ohne Umwege und ungestreut direkt von der Sonne kommt, und der "diffusen Strahlung", die nach mehrfacher Streuung in der Atmosphäre aus allen Richtungen kommt. Die "diffuse Strahlung" ist unterschiedlich verteilt und in jedem Fall schwächer als die "direkte Strahlung". Sie kann ebenfalls wärme-technisch genutzt werden.

Wärmegewinnung mit Sonnenenergie

Für die Nutzung der Sonnenenergie in Wohnhäusern, Kliniken, Hotels, Industrie-, und Kleinbetrieben, öffentlichen und privaten Schwimmbädern, etc. steht eine ausgereifte und tausendfach bewährte Technik zur Verfügung. Das Prinzip der solaren Energieeinbindung in thermische Heizanlagen ist an drei Beispielen gezeigt:

• die Brauchwassererwärmung,
• die Schwimmbaderwärmung,
• die Unterstützung der Raumheizung

Eine solarbeheizte Brauchwasseranlage mit dem Warmwasserspeicher außerhalb des Kollektors arbeitet grundsätzlich nach folgendem Prinzip:

Der Kollektor absorbiert die Sonnenstrahlung und wandelt dabei Strahlungsenergie in Wärmeenergie um.
Eine Wärmeträgerflüssigkeit im geschlossenen Wärmekreislauf nimmt die Wärme am Kollektor auf und gibt sie über einen Wärmetauscher an das Brauchwasser im Warmwasserspeicher oder in einem Puffertank wieder ab.
Eine elektronisch gesteuerte Regelung prüft, ob die Temperatur am Kollektorausgang höher ist als die Temperatur am Wärmetauschereingang des Speichers. Ist dies der Fall, schaltet die Regelung die Umwälzpumpe des Wärmekreislaufs ein.

Die Solaranlage arbeitet

Im oberen Teil des Warmwasserspeichers sorgt der Wärmetauscher der konventionellen Heizung und/oder ein elektrisches Heizmittel für die gegebenenfalls erforderliche Nachheizung des Brauchwassers.
Neben der Brauchwassererwärmung kann sowohl ein Wärmetauscher der Schwimmbadheizung mit solarer Wärme versorgt werden, als auch ein Pufferspeicher, aus dem z. B. ein Niedertemperatur-Heizsystem zur Unterstützung der Raumheizung Wärme bezieht.
In der Regel erhält das Warmwassersystem den Vorrang bei der Solarenergienutzung vor den anderen Verbrauchern.
Bei der Raumheizung prüft die Steuerung zusätzlich, ob die Temperatur im Pufferspeicher ausreicht, die Wärme an den Heizungsrücklauf abzugeben. Entsprechend wird z.B. ein Dreiwegeventil angesteuert.
Neben diesen Standardfällen gibt es eine Reihe von Varianten der Anlagenauslegung z. B. auch für Großprojekte und Sonderanwendungen.

Für spezielle Auslegungen haben wir entsprechende Lösungsvorschläge.

Solaranlagen im Winter?

Der flache Sonnenstand und die geringe Intensität der Solarstrahlung schließen eine solare
Warmwasserbereitung in den Wintermonaten mit Flachkollektoren nahezu aus.
Die Anlagenbesitzer wissen das, und da das Haus oder die Wohnung sowieso geheizt wird, ist es selbstverständlich, dass auch das Warmwasser mit der Heizung erzeugt wird.

Das muss aber nicht so sein!

Mit Röhrenkollektoren, die ein Hochvakuum besitzen, kann auch während den Wintermonaten bei niedrigen Umgebungstemperaturen genügend Wärme erzeugt werden, um Warmwasser zu bereiten oder zumindest eine Vorheizung des Brauchwassers zu erreichen.
Das Hochvakuum verhindert die Auskühlung der Absorber auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen. Im Vergleich zu Flachkollektoren bleiben der im Vakuum liegende Absorber und die empfindliche selektive Beschichtung trocken und staubfrei.