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Wie funktioniert thermische Solarenergie?

Solaranlagen für thermische Energiegewinnung sparen Geld und CO₂

Die Sonne setzt den endlichen Ressourcen der Erde eine beinahe unerschöpfliche Energiequelle entgegen. Kostenfrei und beständig schickt sie ihre Energie zur Erdoberfläche – hier muss sie nur noch eingefangen und genutzt werden.

Solaranlagen sind einer der Schlüssel zu einer umweltfreundlicheren und klimaschonenden Zukunft – zudem spart thermische Solarenergie Kosten. Das Prinzip und die technische Umsetzung des Heizens und der Warmwasseraufbereitung mittels Sonnenenergie sind denkbar einfach und effizient.

Glückliche Familie bei Sonnenuntergang auf Feld | Solaranlage Hargassner

So funktioniert thermische Solarenergie

Liegt ein Gartenschlauch in der Sonne, erhitzt sich das Wasser darin. Dasselbe Prinzip machen sich Solaranlagen zur thermischen Energiegewinnung zunutze. Sonneneinstrahlung wird in Solarkollektoren in Wärmeenergie umgewandelt und auf ein Wärmeträgermedium übertragen. Dieses bis zu 90 °C heiße Wärmeträgermedium zirkuliert zwischen Kollektor und Pufferspeicher, in dem es die thermische Energie über einen Wärmetauscher an das Trink- bzw. Brauchwasser abgibt.

Dieses kann anschließend als herkömmliches Warmwasser genutzt werden. Ebenso kann die Solarthermie zur Heizungsunterstützung herangezogen werden.

Funktionsweise thermische Solaranlage | Hargassner

Elemente einer thermischen Solaranlage

Sonnenkollektoren

Der Sonnenkollektor fängt die Solarenergie ein und gibt sie in Form von Wärme an ein in ihm zirkulierendes Wärmeträgermedium ab. Dabei handelt es sich meist um ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel.

Wie ertragreich ein Solarkollektor arbeitet, hängt nicht nur von äußeren Einflüssen wie Wetter und Sonneneinstrahlung ab, sondern ebenso von seiner Größe und Position. Entsprechend sind die Kollektorfläche, die Dachausrichtung und Dachneigung wesentliche Faktoren. Im Idealfall sind Sonnenkollektoren Richtung Süden ausgerichtet und stehen im rechten Winkel zur Sonneneinstrahlung.

Solarregler

Der Solarregler ist die Schaltzentrale einer Solaranlage für thermische Nutzung. Er überwacht den Speicherstand des Pufferspeichers und regelt entsprechend die Solarpumpe, um Wärmeenergie von den Kollektoren zum Wärmetauscher bzw. zum Speicher zu transportieren.

Wärmetauscher

Der Wärmetauscher ist die Schnittstelle zwischen Energiegewinnung und Energienutzung. Hier geht die gesammelte Wärmeenergie mittels spiralförmiger Glatt- oder Rippenrohre vom Wärmeträgermedium auf das Trink- und Brauchwasser über. Das dadurch abgekühlte Trägermedium wird wieder in den Solarkollektor zurückgepumpt, wo es sich erneut erwärmt. So dreht sich der Solarkreislauf immer weiter.

Pufferspeicher

Wärmetauscher sind meist im Pufferspeicher integriert, in dem das Warmwasser bis zur Nutzung bereitsteht. Der Speicher sollte nicht nur groß genug sein, um den nächtlichen Verbrauch zu decken, sondern auch um sonnenarme Tage, an denen wenig Solarenergie gewonnen wird, überbrücken zu können.

Da meist dennoch nicht der ganze Bedarf durch Solarthermie abgedeckt werden kann und um für Sicherheit im Winter und bei langanhaltendem Schlechtwetter zu sorgen, wird eine Zusatzheizung an den Pufferspeicher angebunden.

Thermische Solarenergie im Haushalt nutzen

Hat die Solaranlage die thermische Energie von den Kollektoren am Dach bis in den Pufferspeicher gebracht, kann sie auf unterschiedliche Weise verwendet werden: Zum einen als Warmwasser in Badezimmer, Küche und Co. Durch diese Nutzung von thermischer Solarenergie lassen sich etwa 60 % des Energiebedarfs für die Warmwasseraufbereitung decken.

Zum anderen kann das warme Wasser aus dem Speicher in den Heizungskreislauf eingespeist werden, um das Hauptheizsystem zu unterstützten. So sind zum Beispiel eine kostengünstige und ökologische Kombination aus Pelletheizung und Solarthermie möglich. Ein derartiges Heizsystem gilt nicht nur als 100 % CO₂-neutral, sondern kann auch bis zu 30 % der Heizkosten sparen. Beim Umstieg auf ein modernes Heizsystem aus Solarthermie in Kombination mit Biomasse lassen sich derzeit dank zahlreicher Bundes- und Landesförderungen zur Heizungserneuerung auch Investitionskosten sparen.

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