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Sonnenenergie kann heute sehr vielseitig genutzt werden. Wir unterscheiden zwischen Solarthermie, Photovoltaik und passiver Sonnenenergie.
Solarthermie
Von Solarthermie oder Sonnenwärme sprechen wir, wenn auf einem Sonnenkollektor die Sonnenwärme absorbiert und auf einen (meist flüssigen) Wärmeträger übertragen wird. Über einen sogenannten Wärmetauscher wird die Wärme aus der Solaranlage an das in einem Speicher aufbewahrte Brauchwasser des Gebäudes übertragen und dieses Wasser auf der gewünschten Temperatur gehalten. So steht auch nachts oder an Regentagen warmes Wasser zur Verfügung. Es kann direkt als Warmwasser genutzt werden oder zu Heizzwecken. Reicht die Sonnenwärme nicht aus für die vorgesehene Wärmeversorgung, kann eine Zusatzheizung (z.B. Pelletheizung oder Wärmepumpe) für die Nachwärmung sorgen. Sonnenkollektoren können Vakuum-Röhrenkollektoren oder Flachkollektoren sein. Diese unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Isolierung des Absorbers: Beim Vakuum-Röhrenkollektor wird die Isolierung durch das in einer Glasröhre „gefangene“ Vakuum erreicht, während Flachkollektoren herkömmliche Isoliermaterialien, z.B. Mineralwolle, verwenden. Nach ca. ein bis zwei Jahren Betrieb hat die Sonnenkollektoranlage soviel Energie erzeugt, wie zu ihrer Herstellung benötigt wurde.
In Zahlen: 1 m2 verglaste Flachkollektoren erzeugt pro Jahr (Standort Mittelland)
• 330 bis 540 kWh (Wassererwärmung)
• 250 bis 310 kWh (Wassererwärmung und Heizungsunterstützung)
Photovoltaik
Photovoltaik (PV) oder Solarstrom nennt man es, wenn durch die Sonneneinstrahlung auf eine Solarzelle Strom, präziser: Gleichstrom, erzeugt wird. Gleichstrom kann beispielsweise verwendet werden, um Batterien (Akkus) zu laden und den Strom so zu speichern. Besteht ein geschlossener (elektrischer) Kreislauf zwischen Akkus und Solarzellen, spricht man von Inselanlagen, z.B. in abgelegenen Gebieten ohne Stromnetzanschluss. Üblich ist es jedoch, den Gleichstrom über einen Wechselrichter in Wechselstrom umzuwandeln, sodass er in das öffentliche Stromnetz eingespeist und von dort bei Bedarf wieder bezogen werden kann. Das öffentliche Stromnetz dient so als Ausgleich für Angebot und Nachfrage. PV-Zellen dienen nebst der Stromerzeugung auch als Dachdeckung, Fassadenelement, Wandverkleidung, Brüstungselement, Verglasung oder Sonnenschutz und weisen so eine hohe Multifunktionalität auf.
Solarzellen werden aus Silizium hergestellt. Silizium ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element der Erdkruste. Es wird durch chemische Behandlung aus Quarzsand gewonnen und auch in der Elektronikindustrie verwendet. Je nachdem, wie das Silizium bei diesem chemischen Prozeß auskristallisiert, unterscheidet man zwischen monokristallinem, polykristallinem und amorphem Silizium, welche sich in ihrem Wirkungsgrad unterscheiden. Nach zwei bis vier Jahren hat die PV-Anlage so viel Energie produziert, wie zu ihrer Herstellung benötigt wurde (je nach Typ der Solarzelle).
In Zahlen (Standort Mittelland):
• 1 m2 Solarzellenfläche erzeugt pro Jahr etwa 90 bis 125 kWh.
• 1 kWpeak (installierte Leistung) erzeugt pro Jahr etwa 800 bis 900 kWh, davon ca. 2/3 im Sommerhalbjahr.
Passive Solarnutzung / Solararchitektur
Neben der aktiven Sonnenenergienutzung, bei der die Sonnenstrahlung in Wärme (mit Sonnenkollektoren) und Strom (mit Photovoltaik) umgewandelt wird, gibt es auch die passive Solarnutzung oder Solararchitektur. Die Sonneneinstrahlung über Fenster und verglaste Anbauten wird zur Erwärmung der Räume genutzt. Passive Sonnenenergienutzung kostet in der Regel nichts, da keine zusätzlichen Investitionen anfallen. Sie setzt aber eine funktionale Intelligenz der Architektur voraus, denn sie hängt von der Gebäudeform und -ausrichtung ab. Dank grosser Fensterflächen an der Südfassade wird die Sonnenenergie in den Südräumen aufgenommen und in den vorzugsweise massiven Wänden und Böden gespeichert.