Solarmodul

Solarmodul-Technologie: Effiziente Wärmegewinnung durch Solarthermie

Die Solarthermie-Technologie nutzt die Kraft der Sonne, um Wärme zu erzeugen und stellt somit eine nachhaltige Alternative dar. Durch die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in thermische Energie ermöglichen Solarmodule vielfältige Anwendungen in Haushalten und Unternehmen. Dieser Lexikon-Beitrag gibt einen umfassenden Einblick in die Funktionsweise der Solarthermie, die verschiedenen Arten von Solarmodulen und ihre Anwendungen sowie die Vorteile dieser Technologie im Vergleich zur Photovoltaik.

Was ist Solarthermie?

Solarthermie ist eine Technologie, bei der Solarenergie genutzt wird, um Wärme zu erzeugen. Sie basiert auf dem Prinzip der direkten Umwandlung von Sonnenlicht in thermische Energie, die dann für verschiedene Zwecke genutzt werden kann. Das Konzept der Solarthermie umfasst in der Regel die Installation von Solarthermie-Kollektoren auf Dächern oder an anderen geeigneten Standorten. Diese Kollektoren, auch genannt Solarmodule, absorbieren das einfallende Sonnenlicht, damit es dann in Wärme umgewandelt werden kann.

Es gibt verschiedene Arten von Solarthermie-Modulen, zum Beispiel Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren. Die erzeugte Wärme kann zur Beheizung von Wasser in Haushalten, zur Unterstützung von Raumheizungen oder sogar zur Erzeugung von Dampf für industrielle Prozesse genutzt werden. In Verbindung mit Wärmespeichern kann die erzeugte Wärme bei Bedarf auch gespeichert und später genutzt werden.

Funktion von Solarthermie und Solarheizung

Solarthermieanlagen bestehen aus Kollektoren, die sich meist auf Dächern oder an anderen geeigneten Orten befinden, Wärmespeichern und einem System zur Verteilung der erzeugten Wärme. Die Kollektoren bestehen aus Absorbern, die Sonnenenergie absorbieren und in Wärme umwandeln. Dies geschieht mithilfe von Solarflüssigkeit oder Luft, die durch die Absorber geleitet werden und dabei erwärmt werden. Die erwärmte Flüssigkeit oder Luft wird dann in den Wärmespeicher geleitet, wo die Wärme gespeichert wird, um bei Bedarf genutzt zu werden. Hier wird die Wärme der Sonne auf das Trinkwasser übertragen und es entsteht Warmwasser. Solarthermie kann auch als Heizungsunterstützung eingesetzt werden, indem die Solarflüssigkeit ihre Wärme an eine Heizung abgibt.

Solarheizungen nutzen die Wärmeenergie der Solarthermieanlagen, um Räume zu beheizen und Warmwasser bereitzustellen. Die erzeugte Wärme kann entweder direkt genutzt werden oder in einen Heizkreislauf eingespeist werden, der dann das Wasser oder die Raumluft erwärmt. In Verbindung mit einem Speichersystem kann die Wärmeenergie auch bei Sonnenuntergang oder an bewölkten Tagen genutzt werden. Trotzdem werden Solarheizungen im Normalfall gemeinsam mit einer konventionellen Heizung betrieben, welche das Heizen übernimmt, sollte die Sonnenenergie nicht ausreichen.

Es gibt allerdings auch Hybridheizungen, in welchen konventionelle Heiztechnologien mit erneuerbaren Energien kombiniert werden können. Eine Gasheizung mit Solarthermie ist beispielsweise eine gute Option zur Heizungsmodernisierung.

Arten von Solarmodulen

Solarmodule, die für die Solarthermie verwendet werden, dienen der Umwandlung von Sonnenenergie in Wärmeenergie. Es gibt verschiedene Arten von Solarmodulen, die bei dieser Technologie eingesetzt werden:

1. Flachkollektoren: Flachkollektoren bestehen aus einem Metallrahmen, auf dem sich eine Absorberschicht und eine transparente Abdeckung befinden. Die Absorberschicht wandelt Sonnenlicht in Wärme um, während die Abdeckung den Wärmeverlust minimiert. Flachkollektoren werden hauptsächlich zur Warmwasserbereitung und Raumheizung eingesetzt. Der Flachkollektor mit patentierter Wärmeleittechnik von MHG Heiztechnik ist beispielsweise für alle Standard-Einsatzbereiche geeignet.

2. Vakuumröhrenkollektoren: Diese Kollektoren bestehen aus Glasröhren, die mit einer Absorberbeschichtung und einem Vakuum isoliert sind. Die Vakuumisolierung reduziert den Wärmeverlust und ermöglicht so eine effiziente Wärmeerzeugung, auch bei niedrigen Temperaturen. Vakuumröhrenkollektoren eignen sich besonders gut für solare Heizsysteme und Prozesswärmeanwendungen.

3. Parabolrinnenkollektoren: Parabolrinnenkollektoren verwenden gebogene Spiegel, um das Sonnenlicht auf ein lineares Absorberrohr zu konzentrieren. Diese Kollektoren erzeugen hohe Temperaturen und werden oft für die Erzeugung von Dampf in thermischen Kraftwerken verwendet.

4. Konzentrierende Solarkollektoren: Diese Kollektoren verwenden Linsen oder Spiegel, um das Sonnenlicht auf einen kleinen Punkt zu konzentrieren, wo sich ein Absorber befindet. Durch die hohe Konzentration der Sonnenstrahlung kann eine sehr hohe Temperatur erreicht werden. Sie werden in Hochtemperaturanwendungen wie der Solarchemie und der Stromerzeugung eingesetzt.

Diese verschiedenen Arten von Solarmodulen bieten unterschiedliche Effizienzgrade und eignen sich für verschiedene Anwendungen in der Solarthermie. Die Wahl des richtigen Modultyps hängt von den spezifischen Anforderungen und dem Einsatzzweck des Systems ab.

Vorteile von Solarthermie

Solarenergie wird heutzutage immer beliebter und immer Menschen nutzen sie in ihren Haushalten. Und das aus gutem Grund, denn die Technologie bietet eine Vielzahl an Vorteilen:

1. Erneuerbare Energiequelle: Solarthermie nutzt Sonnenenergie, welche eine unerschöpfliche und erneuerbare Energiequelle darstellt. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, die begrenzt sind und negative Auswirkungen auf die Umwelt haben, ist Solarenergie sauber und nachhaltig.

2. Kostenersparnis: Durch die Verwendung von Solarenergie zur Wärmegewinnung können Haushalte und Unternehmen ihre Energiekosten deutlich mindern. Sobald die Solarthermieanlage installiert ist, sind die Betriebskosten im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen niedriger.

3. Umweltfreundlich: Solarthermieanlagen produzieren keine klimaschädlichen Emissionen wie CO2, was dazu beiträgt, den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren und den Klimawandel zu bekämpfen.

4. Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen: Solarthermie ermöglicht es ihren Nutzern, unabhängiger von fossilen Brennstoffen zu werden. Dies verringert die Abhängigkeit von Energieimporten und erhöht die Energiesicherheit.

5. Vielseitige Anwendungen: Solarthermie kann für verschiedene Zwecke genutzt werden, wie zum Beispiel zur Beheizung von Wohngebäuden, Büros, Schwimmbädern oder Industrieanlagen.

6. Langlebigkeit und niedriger Wartungsbedarf: Die Anlagen haben eine lange Lebensdauer und erfordern nur minimale Wartung. Die meisten Komponenten sind robust und widerstandsfähig gegenüber Umwelteinflüssen.

Solarthermie im Vergleich zu Photovoltaik

Solarthermie und Photovoltaik sind zwei unterschiedliche Technologien zur Nutzung von Solarenergie.

Die Solarthermie ist eine Technologie, bei der Sonnenenergie zur Erzeugung von Wärme genutzt wird. Dies geschieht durch die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in thermische Energie. In Solarthermieanlagen werden spezielle Kollektoren verwendet, die das Sonnenlicht absorbieren und die Wärme an einen Wärmeträger, wie Solarflüssigkeit oder Luft, abgeben. Diese erhitzte Flüssigkeit oder Luft kann dann zur Erzeugung von Warmwasser, Raumheizung oder für industrielle Verfahren verwendet werden.

Im Vergleich dazu wandelt die Photovoltaik (PV) das Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Photovoltaikanlagen bestehen aus Solarzellen, die aus einem Halbleitermaterial, in den meisten Fällen Silizium, bestehen. Wenn das Sonnenlicht auf die Solarzellen scheint, werden die Photonen im Material absorbiert und erzeugen dadurch Elektronen, die elektrisch geladen sind. Diese Elektronen werden dann in einem elektrischen Stromkreislauf geleitet und können zur Stromerzeugung genutzt werden.

Der Hauptunterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik liegt also in der Art der erzeugten Energie. Während die Solarthermie thermische Energie, also Wärme, erzeugt, erzeugt die Photovoltaik elektrische Energie, also Strom. Daher werden die beiden Technologien für unterschiedliche Zwecke eingesetzt.

Solarthermie eignet sich besonders gut für die Erwärmung von Wasser in Haushalten oder zur Beheizung von Gebäuden. Sie kann auch in industriellen Anwendungen genutzt werden, beispielsweise in der Lebensmittelverarbeitung oder zur Trocknung von landwirtschaftlichen Produkten. Solarthermieanlagen können sowohl auf Dächern als auch auf freien Flächen installiert werden und sind in der Regel effizienter, wenn sie in sonnenreichen Regionen betrieben werden.

Photovoltaik hingegen erzeugt elektrische Energie, die entweder direkt im Haushalt genutzt oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. PV-Anlagen werden in der Regel auf Dächern oder auf großen Freiflächen installiert. Der erzeugte Solarstrom kann zur Versorgung von Gebäuden, für Elektrofahrzeuge oder zur allgemeinen Stromversorgung genutzt werden. Photovoltaikanlagen sind besonders in Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung effektiv und können dazu beitragen, den Bedarf an konventionellem Strom aus fossilen Brennstoffen zu verringern und die CO2-Emissionen zu reduzieren.

Sowohl Solarthermie als auch Photovoltaik sind wichtige Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien und tragen zur Reduzierung des Kohlenstoff-Fußabdrucks bei. Die Wahl zwischen den beiden Technologien hängt von den spezifischen Anforderungen und dem Energiebedarf einer bestimmten Anwendung ab.

Kosten der Solarmodule

Die Kosten von Solarmodulen sind in den letzten Jahren stark gesunken, was zu einer verstärkten Nutzung erneuerbarer Energien geführt hat. Früher waren Solarmodule teuer und für viele Verbraucher unerschwinglich. Heute sind sie jedoch deutlich erschwinglicher geworden. Der Preis für Solarmodule hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der Größe, der Leistung und der Qualität des Moduls.

Der Preis Solarmodule wird durch ihre elektrische Leistung bemessen und liegt aktuell zwischen 0,50 und 0,80 Euro pro Watt Peak (WP).

Im Allgemeinen kann man sagen, dass die Kosten pro Watt installierter Leistung von Solarmodulen in den letzten Jahren aufgrund technologischer Fortschritte und des zunehmenden Wettbewerbs auf dem Markt deutlich gesunken sind. Es gibt jedoch regionale Unterschiede, da die Kosten auch von politischen Rahmenbedingungen und Förderprogrammen abhängen.

Solarthermie im Winter

Auch im Winter kann Solarthermie effektiv eingesetzt werden. Obwohl die Intensität der Sonneneinstrahlung im Winter geringer ist, und die erzielte Leistung somit deutlich gemindert wird, erzielt die Solarthermie immer noch einen Ertrag. Durch die geringere Sonneneinstrahlung und die kürzeren Wintertage wird die Leistung allerdings auf etwa 20 bis 30 Prozent der maximalen Wärmeleistung reduziert. Daher wird die Solarthermie im Winter meist nur zur Warmwassergewinnung eingesetzt, für die Heizungsunterstützung ist meist nicht genug Sonnenenergie vorhanden.

Damit Solarthermie Systeme auch im Winter einwandfrei funktionieren, muss Maßnahmen zum Frostschutz vorgenommen werden. Der Solarflüssigkeit in der Anlage sollte Glycol beigemischt werden, um das Einfrieren zu verhindern. Außerdem besteht die Möglichkeit, ein Drainback-System zu verwenden, bei welchem die Flüssigkeit aus der Anlage abgelassen wird, wenn sie stillsteht.

Fazit

Solarthermie ist eine Technologie, die Solarenergie zur Wärmeerzeugung nutzt. Durch die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in thermische Energie können Solarthermie-Kollektoren Wärme für verschiedene Zwecke liefern. Die Technologie bietet Vorteile wie erneuerbare Energie, Kostenersparnis, Umweltfreundlichkeit und vielseitige Anwendungen. Im Vergleich zur Photovoltaik erzeugt Solarthermie Wärme statt Strom und eignet sich für die Beheizung von Wasser und Gebäuden. Die Kosten von Solarmodulen sind in den letzten Jahren gesunken, was ihre Verbreitung gefördert hat. Im Winter kann Solarthermie trotz geringerer Sonneneinstrahlung effektiv genutzt werden, meist zur Warmwassergewinnung. Maßnahmen wie Frostschutz sind jedoch erforderlich.

FAQs

Welche Fördermittel gibt es?

In Deutschland gibt es staatliche Förderprogramme und Anreize für die Installation von Solarthermieanlagen. Diese finanziellen Anreize können die Kosten für den Einbau einer solchen Anlage weiter reduzieren und den Return on Investment verbessern. Es kann zu Zuschüssen von bis zu 25% kommen, ein Antrag auf diese muss beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gestellt werden.

Was muss bei der Planung und dem Bau einer Solaranlage beachtet werden?

Bei der Planung und dem Bau einer Solaranlage sollten folgende Punkte beachtet werden: Standortanalyse, Ausrichtung und Neigung der Module, Berechnung der benötigten Kapazität, Netzanschluss und Speichermöglichkeiten, Einhaltung von Bauvorschriften und Genehmigungen, Auswahl hochwertiger Komponenten, regelmäßige Wartung und Überwachung der Anlage.

Wann lohnt sich eine Solarheizung?

Eine Solarheizung lohnt sich, wenn der Energiebedarf für die Warmwasserbereitung und Heizung hoch ist, die Sonneneinstrahlung ausreichend ist und genügend Platz für die Installation der Solarkollektoren vorhanden ist.