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Solaranlagen für Brauchwarmwasser
Thermische Solaranlagen für Brauchwarmwasser
Berühren Sie erst die Sonne und dann die Wolke
Unabhängiger Heizkreislauf
In südlichen Ländern sieht man oft einfache Solaranlagen, bei denen Trinkwasser direkt in die Kollektoren geleitet werden, bevor es in die Wasserhahnen gelangt. Diese Anlagen können ohne Pumpe funktionieren – und demnach ohne Strom -, und das durch die Sonne erwärmte Wasser wird im Allgemeinen auf dem Dach gelagert.
Hier ist eine komplexere Anlage für Regionen mit kalten Wintern und oft bedecktem Himmel dargestellt. Es zirkuliert kein Trinkwasser in den Kollektoren; die Kollektorflüssigkeit gelangt unten in einen grossen Boiler und tritt mit dem Wärmetauscher des Solarsystems und demjenigen der Heizung in Kontakt.
Um genügend Warmwasser auf Vorrat zu haben, hat so ein Boiler ein grösseres Fassungsvermögen als bei einer Installation ohne Kollektoren.
Berühren Sie erst die Sonne und dann die Wolke
Bei Schönwetter (ausserhalb der Heizsaison)
Die Sonne reicht aus, um das Wasser zu erwärmen. Die Heizung kann so die meiste Zeit ausgeschaltet bleiben. Eine elektrische Pumpe lässt eine Flüssigkeit, genauer gesagt einen flüssigen Wärmeträger zwischen den Kollektoren und dem Boiler zirkulieren. Der Wirkungsgrad des Kollektors hängt nicht nur von seiner guten Ausrichtung auf die Sonne ab, sondern auch von der Aussentemperatur. Im Sommer kann die Temperatur des Wärmeträgers auf bis zu 100°C steigen. Um zu vermeiden, dass das Wasser kochend heiss aus dem Wasserhahnen kommt, lässt ein Thermostatventil automatisch kaltes Wasser in das Warmwasserrohr zulaufen (hier nicht dargestellt).
Das erwärmte Trinkwasser ist oben im Boiler, denn es hat eine kleinere Dichte als das kalte Wasser.
Bei bedecktem Wetter (während der Heizperiode)
Die Sonne reicht nicht aus, um das Wasser auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Deshalb tritt die Heizung unterstützend hinzu, um die passende Wärme zu erzeugen. Aber selbst im Dezember ermöglicht es ein Sonnenkollektor an sonnigen Tagen Energie zu sparen, indem er die Leistung der Heizung verringert.
Die Pumpen und die Heizung werden über einen elektronischen Schaltkasten gesteuert, der an Temperatursonden angeschlossen ist – die im Sonnenkollektor und auf verschiedenen Höhen des Boilers angebracht sind (hier nicht dargestellt).
Es wird empfohlen pro Person eine Kollektorfläche von 1 bis 1,5 Quadratmeter zu installieren, was einer Energieersparnis von bis zu 50 Liter Heizöl pro m2 und pro Jahr entspricht.
Im Sommer kann die Wassertemperatur auf bis zu 80°C steigen
Das Warmwasser für den Hausgebrauch muss auf mehr als 50°C erwärmt werden, was an bewölkten und grauen Wintertagen mit einer Solaranlage schwer zu erreichen ist. Im Sommer hingegen können Sonnenkollektoren die Wassertemperatur leicht auf bis zu 80°C erhitzen und Warmwasser im Überfluss produzieren. In den meisten Installationen fliesst das Brauchwarmwasser nicht durch die Kollektoren, sondern wird indirekt über einen Wärmeträger (Frostschutzmittel) erwärmt, der zwischen den Paneelen und dem Boiler zirkuliert.
Werden die Kollektoren nur dazu verwendet, warmes Brauchwasser zu produzieren, ist die Anlage im Allgemeinen dazu ausgelegt, zwischen 30 und 70% der jährlich benötigen Wärmemenge zu decken. Die zusätzlich benötigte Wärme kann aus anderer Quelle stammen: Wärmepumpe, Heizkessel (Holz, Gas, Heizöl) oder elektrischer Widerstand.
Eine zusätzliche Wärmezufuhr ist vor allem während der Heizperiode nötig. Von April bis Oktober kann das Brauchwarmwasser fast immer ohne Heizung oder ohne Wärmepumpe produziert werden: dies bedeutet, dass kein rauchendes Kamin nötig ist oder nur ein sehr geringer Stromverbrauch anfällt.
Zwischen 0,5 und 1,5 m2 Sonnenkollektorfläche pro Person
Bei einem Mietshaus rechnet man pro Person mit einer Kollektorfläche zwischen 0,5 und 1 m2 und bei einem Einfamilienhaus zwischen 1 und 1,5 m2 (in der Regel werden zwischen 4 und 6 m2 verlegt). Der Wirkungsgrad der Installation hängt von der Sonneneinstrahlung, der geografischen Höhe (je höher gelegen, umso intensiver ist die Sonneneinstrahlung), der Fläche und der Bauart der Kollektoren (unverglast, verglast, Vakuumröhren) sowie ihrer Ausrichtung ab. Er wird aber auch von der Grösse des Wassererwärmers (Boiler) bestimmt: mit einem grossen Speichervolumen können sonnige Tage voll ausgenutzt werden und so die Minderleistung bei trübem Wetter kompensieren.
Auch eine thermische Solaranlage benötigt Strom, um die Steuerelektronik und die Umwälzpumpe zu versorgen, welche das Frostschutzmittel in Bewegung hält, aber der Elektrizitätsbedarf ist minim im Verhältnis zur gewonnenen Energie (weniger als 1%). Die meisten Heizkessel und Wärmepumpen sind darauf ausgelegt, in Kombination mit Sonnenkollektoren und Solarboilern zu arbeiten. Alle Hersteller bieten übrigens auch Solarlösungen an.
Der voraussichtliche jährliche Energieertrag einer Solaranlage kann mit dem Solarrechner von EnergieSchweiz berechnet werden.
Sonnenkollektoren zur Produktion von Brauchwarmwasser sind am geeigneten Ort :
- An allen geografischen Standorten, im Flachland wie in der Höhe. Und an jeder beliebigen Stelle: auf einer Dachschräge, auf einem Flachdach, als Ersatz für einen Teil der Dachbedeckung (Dachpfannenabsorber), unter oder vor einem Balkon, auf der Fassade, auf einer Garage, auf einer Böschung, im Garten… Voraussetzung ist einzig, dass die Kollektoren direkte Sonneeinstrahlung erhalten. Die günstigsten Ausrichtungen liegen zwischen Südost und Südwest. Je weiter von der Südorientierung entfernt, desto tiefer ist der Wirkungsgrad, aber auch bei nicht optimaler Ost- oder West-Ausrichtung können noch gute Erträge erzielt werden, vor allem mit Vakuumröhrenkollektoren. Die Leistung der Kollektoren hängt von ihrem Neigungswinkel und ihrem Höhenstandort sowie von den Jahreszeiten ab. Möchte man die Wintersonne ausnützen, ist es optimal, wenn sie gegen Süden oder Südosten ausgerichtet sind, einen Neigungswinkel zwischen 45 und 60° aufweisen und nicht von Schnee bedeckt werden.
- Auf einem x-beliebigen Gebäude, selbst wenn es nicht gut isoliert ist. Allerdings lässt sich mit einer Gebäudeisolation zu denselben Anschaffungskosten wie für eine Solaranlage oft eine grössere Energieersparnis erzielen.
- Wenn eine Genehmigung erteilt worden ist (sie kann aus landschafts- oder denkmalschützerischen Gründen verweigert werden).
- Wenn der Warmwasserspeicher für eine solche Anlage vorgesehen ist (mindestens 80 Liter je m2 Kollektor).
- Wenn der Hersteller eine "VLG-Validierte Leistungsgarantie Solarwärme" (Swissolar).
- Wenn der Wärmeträgerkreislauf und der Warmwasserspeicher gut isoliert sind.
- Wenn man sparsam mit dem Warmwasser umgeht: durchflussreduzierende Wasserhähne und Duschkopfe, isolierte Badewannen mit kleinem Volumen für lange Bäder mit wenig Wasser.
- Wenn man den im Sommer anfallenden Wärmeüberschuss nutzen kann: Waschmaschinen und Geschirrspüler mit Warmwasseranschluss.
- Wenn die Installation regelmässig gewartet und der Boiler entkalkt wird.
Solardachrechner von EnergieSchweiz
www.swissolar.ch, schweizerischer Fachverband für Sonnenenergie
Validierte Leistungsgarantie Solarwärme (VLG). Die VLG stellt sicher, dass Solarwärmeanlagen gemäss dem Stand der Technik gebaut werden und die Offerten vollständig sind. Die VLG ist Bestandteil des von Swissolar initiierten Qualitätsmanagementsystems "QM-Solarwärme" für Solarwärmeanlagen.