Warmes Wasser durch heiße Luft

■ Die einfachste Art, Sonnenergie zu nutzen, ist die Solarthermie. Wie funktionieren Solarkollektoren?

Solarenergie kann auf zweierlei Weise mittels Technik genutzt werden: Bei der Photovoltaik wird über Solarzellen aus der Sonnenstrahlung elektrischer Strom gewonnen, bei der Solarthermie nutzt man Sonnenkollektoren, um Wasser zu erhitzen.

Das Prinzip der Solarthermie ist leicht nachvollziehbar: Wasser in einem Gartenschlauch beispielsweise wird durch die Sonne erwärmt, und zwar in einem schwarzen Schlauch stärker als in einem hellen. Legt man nun mehrere lange schwarze Schläuche quer durch den Garten, so läßt sich auf diese Weise bereits eine ganz erkleckliche Menge warmen Wassers gewinnen. Auch bei bedecktem Himmel reicht die indirekte, Strahlung und warme Außentemperatur des Sommers für die lauwarme abendliche Dusche.

Weitergetüftelt: Windet man die schwarzen Schläuche um das Hausdach, schließt das eine Ende am Wasserhahn für Frischwasser und das andere an der Dusche an, so kann schon während des Duschens das nachlaufende Wasser erwärmt werden – was zugegebenermaßen in unseren Breiten nicht das ganze Jahr hindurch funktioniert und auf Dauer etwas mühselig wird.

In einem Sonnenkollektor wird zur Aufnahme der Sonnenergie anstelle des Gartenschlauchs eine schwarz gefärbte Fläche genutzt. Dahinter konstruiert man – statt eines Zu- und Ablaufs – einen geschlossenen Schlauchkreislauf, in dessen Leitungen in der Regel ein frostsicheres Wasser-Glykol-Gemisch zirkuliert. Wird das ganze System noch angereichert mit einigen technischen Raffinessen wie Reglern, Meßgeräten, Pumpe und Wasserspeicher – fertig ist die Sonnenkollektoranlage zur Brauchwasserwärmung.

Das Flüssigkeitsgemisch absorbiert die Wärme und wird, solcherart durch die Sonne aufgeheizt, zu einem gut isolierten Behälter gepumpt, der meist im Keller eines Hauses steht und das zur weiteren Nutzung vorrätige Wasser enthält. Die Leitungen mit dem erwärmten Gemisch führen durch diesen Speicher, dessen Inhalt sich nun seinerseits erwärmt, während das Gemisch wieder abkühlt. Die Flüssigkeit beendet ihren Kreislauf im Sonnenkollektor, und das nunmehr warme Speicherwasser kann im Haushalt genutzt werden. In Zeiten knapper Sonneneinstrahlung springt automatisch eine konventionelle Heizung an und bringt das Brauchwasser auf die gewünschte, vorher eingestellte Temperatur.

Um die Ausbeute nutzbarer Energie – den Wirkungsgrad – zu erhöhen, macht man sich den sogenannten „Treibhauseffekt“ in einem Flachkollektor zunutze: Die Sonne dringt durch eine dunkle Glasfläche in einen gut isolierten Kasten, kann aus dem geschlossenen Raum jedoch nur langsam wieder entweichen und somit das die Wärme transportierende Gemisch konstant erhitzen.

Einen höheren Wirkungsgrad erreicht der Vakuumröhrenkollektor, bei dem man – ähnlich einer Thermoskanne – die ausgezeichnete wärmeisolierenden Eigenschaft der Luft nutzt. Der Absorber mit einer besonderen („selektiven“) Beschichtung befindet sich dabei in der Mitte einer luftleeren Glasröhre. Durch das Vakuum wird der Wärmeverlust an die Umgebung nahezu vollständig unterbunden und die Kollektorfläche kann bei gleicher Wärmeabsorbierung erheblich verkleinert werden.

Auf einfachste Weise läßt sich das Wasser eines Schwimmbades erwärmen. Das Naß aus dem Becken wird in einen einfachen Absorber auf dem Dach gepumpt, dort von der Sonne erwärmt und fließt anschließend wieder in das Becken zurück. Die langjährigen Erfahrungen mit diesem System haben gezeigt, daß keinerlei zusätzliche Heizung benötigt wird und die Anlage wirtschaftlich arbeitet. Derzeit sind in über 100 öffentlichen Freibädern etwa 130.000 Quadratmeter Kollektorfläche installiert.

Wichtig für einen wirtschaftlichen Betrieb einer Solaranlage ist deren Auslegung. Die Größe hängt entscheidend vom Bedarf und der benötigten Wassertemperatur des Nutzers ab. Als Faustformel wird eine Fläche von 1,5 Quadratmeter und ein Speichervolumen von 70 bis 100 Liter pro Person genannt. Für die Warmwasserbereitung mit Solaranlagen steht eine ausgereifte Technologie zur Verfügung.

Legt man zugrunde, daß von jedem Quadratmeter etwa 300 Kilowattstunden pro Jahr an nutzbarer Wärmeenergie abgezapft werden könnten, ergebe sich eine Energiemenge von 200 Millionen kWh, die nicht durch konventionelle Energieträger bereitgestellt werden müßte, berechnete man im Bundeswirtschaftsministerium. Schätzungen zufolge betrage das nutzbare Potential vier Millionen Solaranlagen allein für die privaten Haushalte. alo