Solarenergie

 

Photovoltaik: Strom aus Sonnenlicht

Bei der Stromgewinnung aus Solarzellen gibt es zwei praktisch relevante Nutzungsmöglichkeiten:

Bei der Einspeisung wird sämtlicher gewonnener Strom in das öffentliche Netz eingespeist und vergütet. Weil der Einsatz von Solarzellen politisch gewollt ist, liegt die Einspeise- vergütung weit über dem Strompreis, den private Haushalte zahlen müssen – es ist unter diesen Bedingungen sinnvoll, den gewonnenen Strom zu verkaufen.
Je nach vertraglichen Rahmenbedingungen kann eine Photovoltaikanlage zur Einspeisung
ein lohnendes Investment
mit Renditen über 10% und einer Amortisationszeit von ca. 6 Jahren sein. Im Einzelfall muss die jährliche solare Einstrahlung für den jeweiligen Standort geprüft werden.
Voraussetzung ist ein Anschluss an das öffentliche Stromnetz und eine Einspeise- genehmigung, die z.B. in Portugal derzeit nahezu unmöglich zu bekommen ist.
Im Falle eines Stromausfalls im öffentlichen Netz kann nicht eingespeist werden und der gewonnene Strom kann normalerweise auch nicht selbst benutzt werden.

Die Einspeisung ist energetisch sinnvoll, denn die Netzausnutzung ist optimal, wenn geringere Mengen Strom über kurze Distanzen transportiert werden. Außerdem haben viele kleine Systeme den Vorteil einer größeren Versorgungssicherheit, denn der Ausfall oder die Verschattung macht sich bei einem System von vielen nicht so stark bemerkbar, wie der Ausfall eines großen unter wenigen. Auch politisch ist es durchaus vorteilhaft, wenn die Stromverbraucher auch Eigentümer der Stromgewinnungsanlagen sind und nicht abhängig von Großkonzernen.

Sogenannte Inselsysteme verbrauchen die gewonnene Energie selbst. Der dadurch erreichten Unabhängigkeit stehen einige Nachteile gegenüber: Zur Überbrückung der Nacht und kurzen Schlechtwetterperioden sowie Spitzenlasten werden Akkus benötigt, die die Umweltbilanz verschlechtern, den Preis erhöhen und zudem anfällig sind.
Um auch im Winter ausreichend Strom zu produzieren, muss eine Solare Leistung installiert werden, die im Sommer zu Überschüssen führt, die meist ungenutzt bleiben. Trotz dieser prinzipiellen Nachteile bleibt eine autarke solare Stromversorgung unter gewissen Voraussetzungen wirtschaftlich vorteilhaft: Wenn kein Anschluss zum öffentlichen Stromnetz besteht und dieser mit hohen Kosten verbunden wäre.
Selbst bei vorhandenem Netzanschluss kann eine autarke Solarstromanlage wirtschaftlich sein, wenn die jährlichen Preissteigerungsraten über 20% liegen.

Der Sonderfall einer photovoltaisch versorgten Pumpe für die Bewässerung kommt ohne Batterien aus und ist eine ideale Anpassung des Angebots an den Bedarf. Allerdings sind die geeigneten Pumpen sehr teuer.

Beim Kauf von Solarmodulen und der Entscheidung zwischen mono- oder polykristallinen Solarzellen geht es übrigens in erster Linie um den Preis pro Leistung mal (garantierte) Lebensdauer und nicht um den Wirkungsgrad. Denn Sie wollen im Grunde Energie kaufen.

Der Installation einer solaren Stromversorgung sollte in jedem Fall eine sorgfältige Analyse des Verbrauchs und dessen jährlicher Verteilung vorausgehen, um Fehlanpassungen zu vermeiden.

PV Module



strmmasten




windenergie

 

Solarthermie: Warmwasser, Heizung, Kochen und Backen, Saunen

Die Gewinnung von Wärme aus Sonnenlicht funktioniert nach dem einfachen Prinzip des (schwarzen) Gartenschlauchs: In einem Behälter, dessen möglichst große Oberfläche möglichst viel Wärmestrahlung absorbiert wird Wasser erhitzt. Obwohl das Grundprinzip der Solarthermie sehr viel einfacher erscheint, als die physikalischen Grundlagen der Photovoltaik, ist Auslegung und Dimensionierung einer solarthermischen Anlage ungleich komplizierter.

Die solare Brauchwassererwärmung ist die einfachste und zweifellos wirtschaftlichste Sonnenenergienutzung. Die einfachste Variante ist die sogenannte Thermosiphonanlage bei der das im Kollektor erwärmte Medium in den darüber liegenden Speichertank aufsteigt, weil es durch die Erwärmung leichter wird. Dieses Prinzip ist genial einfach, denn die Umwälzung des Wärmeträgermediums erfolgt ohne Pumpe und Regelung sobald die Temperatur im Kollektor höher ist als im Speicher.
Allerdings muss der Speicher zwingend höher liegen als der Kollektor. Meist wird ein liegender, zylindrischer Tank am oberen Ende des Kollektors angeordnet, was vielfach zu sehen, äußerst hässlich und nicht besonders leistungsfähig ist. Ein Vertikaler Speicher ist erheblich besser als ein horizontaler, weil sich das Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen deutlich besser schichtet und der Solarwärmetauscher unten und der Heizstab oben angeordnet werden kann, wo sie hingehören. Bei besonders schlechten horizontalen Speichern heizt der Heizstab über Nacht den gesamten Speicher auf, so dass der Kollektor am Tag seine Energie nicht mehr los wird. Der Kollektor ist dann nur noch Dekoration.
Von Systemen, bei denen das Brauchwasser den Kollektor durchströmt, ist strikt abzuraten, da der Kollektor verkalkt. Außerdem friert ein Kollektor ohne Frostschutzmittel in klaren Nächten schon bei plus 2 Grad ein und wird zerstört.

Bei Brauchwassersystemen sollte ein regelmäßiger Wasseraustausch sichergestellt oder ein externer Wärmetauscher zur Brauchwassererwärmung verwendet werden, um der Legionellengefahr vorzubeugen.

sauna



backofen


Wird ein Solarsystem zur Heizungsunterstützung eingesetzt, so kann mit großflächigen Wand- oder Fußbodenheizungen die Solaranlage effizienter genutzt werden als mit Radiatoren. Auch durch Optimierung des Aufstellungswinkels lassen sich höhere Gewinne erzielen.
Grundvoraussetzung für erfolgreiches solares Heizen ist eine sehr gute Wärmedämmung des Gebäudes. Eine gut abgestimmte Kombination von Gebäudedämmung und Solaranlage kann bis zu 90% des Heizenergiebedarfs einsparen bzw. decken.
600 Liter Wasser können mit 12qm Kollektorfläche an einem Tag von 20 auf 70 Grad aufgeheizt werden. Dabei werden 32kWh gespeichert das entspricht der Energie für 2 Elektro-Heizlüftern mit 2kW Leistung für 2 Stunden. Für ein gut gedämmtes Gebäude reicht das selbst im Winter.

Bei der Wahl des Kollektors ist der Einsatzzweck zu klären: Absorbermatten sind für eine Schwimmbadheizung im Sommer ideal, der Vakuum-Röhrenkollektor ist bei niedrigen Umgebungstemperaturen und Sonneschein im Vorteil, während der Flachkollektor oft den besten Kompromiss beim Preis-Leistungsverhältnis darstellt.
Welcher Kollektor geeignet ist, muss im Einzelfall geprüft werden – der Vakuum-Röhrenkollektor hat in der Regel den höchsten Preis, liefert aber nicht immer den höchsten Ertrag für das eingesetzte Kapital. Nachführungsanlagen für thermische Kollektoren amortisieren sich fast nie.

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Einen angenehmen Sonderfall stellt das solare Saunen dar. In südlichen Ländern wird sich bereits ein gut isolierter Wintergarten mit nach Süden ausgerichteten, schrägen Scheiben auf über 60 Grad erhitzen – mit Absorberelementen können 80-90 Grad erreicht werden. Eine solare Sauna ist auch ein hervorragender Wäschetrockner und kann die Gebäudeheizung unterstützen.
Zum Backen reicht eine gut isolierte, innen mit Ofenfarbe schwarz gestrichene Kiste, die (ähnlich wie die Sauna) eine schräge Scheibe hat. Nach Süden ausgerichtet, werden an sonnigen Tagen leicht 160 Grad erreicht (abhängig von der Bauausführung).
Mit einem Parabolspiegel das Sonnenlicht auf einen schwarzen Kochtopf konzentriert, reicht eine Spiegelfläche von 1,5 Quadratmetern für rasantes Kocherlebnis.