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Photovoltaikanlage und Solarthermie: Anwendungen und Unterschiede
Die Nutzung erneuerbarer Energien hat unterschiedliche Systeme hervorgebracht. Die Photovoltaik ist wohl die bekannteste Form.
Mit Hilfe einer Solaranlage gewinnt man Strom, der zu einem Teil in die allgemeinen Stromnetze eingespeist wird. Entsprechend der zugeführten Menge erhält der private Stromproduzent eine Vergütung, deren Höhe vom Gesetzgeber vorgeschrieben ist.
Die Solarthermie dient hingegen hauptsächlich der Warmwasserbereitung, sie kann aber auch die Heizung unterstützen.
Solarthermie nutzt die Sonneneinstrahlung
Bei der Solarthermie zirkuliert Wasser in einem abgeschlossenen Kreislauf. Auf dem Hausdach sind Solarkollektoren installiert, die Wärme aus der Sonneneinstrahlung gewinnen. Die zirkulierende Solarflüssigkeit oder Wärmeträgerflüssigkeit nimmt diese Wärme auf. Besonders zwei Anwendungen sind inzwischen vielen Hausbesitzern geläufig: die Erwärmung von Trinkwasser durch Sonnenenergie und die Heizungsunterstützung.
Die Warmwasserbereitung durch Solarthermie
Der Betreiber nutzt die von der Sonne erzeugte Wärme, um jederzeit über warmes Wasser in seinem Haushalt zu verfügen. Im Sommer, etwa von Mai bis in den September, kann er seinen Bedarf auf diese Weise zu 100 Prozent abdecken. Die Flächengrösse der zu installierenden Kollektoren und das Speichervolumen sind abhängig von der Personenanzahl im Haus und den vorhandenen Stromverbrauchern wie Waschmaschinen und anderen Elektrogeräten.
Solarkollektoren gibt es in diversen Bauformen, etwa als Vakuumröhren- oder Flachkollektor. Die entstehende Wärme wird über ein Rohrleitungssystem zum Wasserspeicher transportiert. Dort gibt sie ein Wärmeüberträger an das flüssige Element ab. Die Wärmeträgerflüssigkeit muss zirkulieren, was eine Pumpe gewährleistet, die eine Solarregelung steuert.
Die Heizung unterstützen durch Solarthermie
Die Nutzung der Sonnenwärme wird noch effizienter, wenn zusätzlich die Heizung mit Sonnenenergie betrieben wird. Dann sollte die Anlage jedoch über grössere Kollektoren und einen grösseren Speicher verfügen. Allerdings beschränkt sich der Betrieb bei den meisten Anlagen auf Frühjahr und Herbst, denn in der kalten Jahreszeit reicht die Sonneneinstrahlung in unseren Breiten nicht aus, um das Heizwasser nennenswert zu erwärmen.
Im Gegensatz zur Photovoltaik findet die Solarthermie in den einschlägigen Medien trotz ihres Energiesparpotentials noch eher selten Erwähnung. Unsere Mitarbeiter von Guido Sigrist sind gerne bereit, Sie über die vergleichsweisen geringeren Kosten der Solarthermie zu informieren.
Photovoltaik: die Kraft der Sonne nutzen
Grundlage der Stromerzeugung durch die Photovoltaik ist der photoelektrische Effekt. Mit dessen Hilfe verwandelt sich Sonnenlicht in Gleichstrom. Wird die Anlage an das öffentliche Stromnetz angekoppelt, kann der überschüssige Strom in das Netz eingespeist werden.
In den Solarzellen befinden sich meist zwei Siliziumschichten mit unterschiedlichen Dotierungen. Das Silizium wurde gezielt mit Fremdatomen verunreinigt, sodass eine Schicht über einen Überschuss der negativen Ladungsträger verfügt, die andere über einen Überschuss der positiven. Zum Dotieren werden unter anderem Bor, Arsen und auch Phosphor verwendet. Am Übergang der beiden Schichten fliesst bei Sonneneinstrahlung ein Gleichstrom, dessen Spannung man mittels Kontakte abnimmt.
Die Komponenten der Anlage
In einer einzelnen Solarzelle fliesst nur wenig Strom. Deshalb sind mehrere Zellen zu einem Modul zusammengeschaltet, deren Anzahl auch von dessen Grösse abhängt. Um das Solarmodul vor schädlichen Einflüssen zu schützen, ist es in Kunststoff eingebettet. Zusätzlich befindet sich auf seiner Oberseite ein lichtdurchlässiges Spezialglas. Mehrere dieser Module bilden einen Solargenerator.
Weil das Stromnetz und alle Verbraucher im Haushalt mit Wechselstrom arbeiten, muss der erzeugte Gleichstrom umgewandelt werden. Dies geschieht durch den Wechselrichter, der den ankommenden Gleichstrom als Wechselstrom ausgibt. Seine Qualität entscheidet über den Ertrag der Anlage. Ausserdem benötigt der Betreiber noch einen Einspeisezähler respektive den Eigenverbrauchszähler.
Solaranlage richtig ausrichten
Die beschriebenen Module sind in unterschiedlichen Arten verfügbar. Das monokristalline Modul etwa arbeitet effizienter als das polykristalline. Wesentlich für den Ertrag ist ausserdem der Standort der Installation. Die geografischen Gegebenheiten spielen eine Rolle, auch die Neigung des Daches und die Ausrichtung der Solaranlage. Gerne begutachten wir Ihr Projekt und offerieren Ihnen in Zusammenarbeit mit unseren ausgewählten Partnern für erneuerbare Energie den Aufwand und die Kosten.
Die optimalen Bedingungen sind nur selten gegeben, dabei wird darauf geachtet, dass; die Anlage nach Süden ausrichtet sein sollte, und die Dachneigung in etwa 30 bis 35 Grad beträgt. Verschattungen durch Bäume, andere Häuser und ähnliches, sind unbedingt zu vermeiden, da der Ertrag sonst deutlich geschmälert wird. Bereits bei der Planung ist zu berücksichtigen, welchen Schatten Schornsteine oder Häuser in der Umgebung werfen. Durch unsere Erfahrung können wir Ihnen sagen, ob sich Ihr Dach und der Standort Ihres Hauses für die Anbringung einer Solaranlage eignet.
Photovoltaik: eine anspruchsvolle Technologie
Bei einer Photovoltaikanlage gewinnen die Solarmodule Strom aus Licht. So entsteht Gleichstrom, der mit Hilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt wird. Die Module und dieser Transformator sind die zentralen Komponenten der Photovoltaikanlage. Das Ganze ist also ein hochtechnisches Konstrukt, bei dem die Eigeninitiative in den meisten Fällen keinen Platz mehr hat.
Das Besondere an der Photovoltaik ist, dass sie das Sonnenlicht unmittelbar, ohne einen Zwischenschritt, in Strom umwandelt. Die Solarthermie hingegen nutzt das sehr einfache Prinzip: Ein Gegenstand, der in der Sonne liegt, erwärmt sich umso mehr, je länger er dort verbleibt. Üblicherweise sind anspruchslose Systeme weniger anfällig für Störungen, der Aufwand für Reparaturen hält sich daher entsprechend in Grenzen.
Solarthermie und Photovoltaik im Vergleich
Der Wirkungsgrad der Sonnenkollektoren ist deutlich höher als bei der Photovoltaik, die modernen Produkte erreichen eine Effizienz von ungefähr 90 Prozent. Beim Transport über die Leitungen, in Wärmetauschern oder im Speicher kommt es jedoch zu weiteren Verlusten. Insgesamt erreicht die Solarthermie also in den meisten Fällen Wirkungsgrade von etwa 50 Prozent.
Das sind auf den ersten Blick erhebliche Verluste, im Vergleich mit einer Photovoltaikanlage ist die Effizienz jedoch erheblich besser. Denn diese liefert aus dem Sonnenlicht nur ungefähr 20 Prozent als nutzbare Energie. Das Kernproblem ist dessen weites Spektrum von langwelliger Strahlung (infrarot) bis zum kurzwelligen ultravioletten Licht. Zwar kann man grundsätzlich jede Strahlung in Wärme umwandeln, die Photovoltaik nutzt jedoch nur einen geringen Anteil des gesamten Spektrums für die Stromerzeugung.
Nachhaltigkeit und Rentabilität von Photovoltaikanlagen und Solarzellen
Allerdings sagt die jeweils erzeugte Gesamtenergie für sich allein wenig aus. Die Kilowattstunde Strom ist nicht aus Zufall wesentlich teurer als die Kilowattstunde Heizwärme. Denn die Erzeugung von Strom ist deutlich anspruchsvoller, bei der Umwandlung von Wärme zu Strom treten in den Kraftwerken zudem hohe Verluste auf. Dies mag ein Grund sein, weshalb die Photovoltaik vom Staat grosszügiger gefördert wird als die unkomplizierte Solarthermie.
Aus ökologischer Perspektive sind beide Systeme gleichwertig. Durch die zurzeit verfügbaren Fördermittel ist eine Solaranlage meist rentabler. Sie sind interessiert an einer Lösung zur autonomen Stromversorgung durch erneuerbare Energie? Gerne beraten wir Sie persönlich.
Ihr Team von Guido Sigrist – Ihrem Sanitär aus der Nähe.