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Solarenergie lohnt sich!

Die Energiekosten für Heizung und Strom, steigen immer weiter an. Fossile Brennstoffe wie Erdöl und Erdgas werden knapper und teuerer. Deren Einsatz verursacht zudem den klimaschädlichen Treibhauseffekt. Sowohl Kosten als auch Klimaschutz sprechen also dafür, die Energie der Sonne zu nutzen; denn die Sonne stellt keine Rechnung! 

Sonneneinstrahlung in NRW, (c) Energie.Agentur.NRW

Die Sonne setzt in einer einzigen Sekunde etwa eine Million Mal mehr Energie frei als wir auf der Erde in einem ganzen Jahr verbrauchen. Das ist eine ziemlich große Menge, die als Strahlungs-, Licht- und Wärmeenergie abgestrahlt wird. Ein Teil dieser riesigen Energiemenge kommt auf der Erdoberfläche an. Und eben auch auf Ihrem Gebäudedach.

Entgegen der landläufigen Meinung vom „Regenloch Aachen“ ist die solare Einstrahlung auf ebene Flächen in Aachen mit 1028 kWh pro Quadratmeter relativ hoch (Nürnberg 1080 kWh, Hamburg 1010 kWh, Quelle: Deutscher Wetterdienst, Jahressummen 2010). Also auch hier in Aachen macht die Nutzung der Sonnenenergie durchaus Sinn!

Die Sonnenenergie kann entweder in elektrischen Strom (Photovoltaik(PV)-Anlagen) oder in Wärme (Solarthermische Anlagen, Kollektoren) umgewandelt werden.

Photovoltaik-Anlagen

Eine Photovoltaik-Anlage besteht im Wesentlichen aus nur zwei Elementen, aus den Solarmodulen, die aufs Dach montiert werden und aus so genannten Wechselrichtern. Das auf die Solarmodule treffende Sonnenlicht setzt dort, im Material der Solarzellen, Elektronen in Bewegung. Damit hat man schon einen elektrischen Strom, in diesem Fall einen Gleichstrom erzeugt. Die Elektronen (der elektrische Strom) werden über ein Stromkabel zum Wechselrichter geleitet.

Schematische Darstellung einer Photovoltaikanlage, (c) Energie.Agentur.NRW

Dieser macht aus dem Gleichstrom, der durch das Sonnenlicht in den Solarmodulen auf dem Dach erzeugt wird, genau den Wechselstrom, den wir normalerweise aus dem Stromnetz beziehen. Der auf dem Dach erzeugte Strom wird ins Stromnetz eingespeist. Die Menge wird über einen eigenen Stromzähler gemessen. Ihr "Netzbetreiber" (in Aachen ist dies die STAWAG) ist nun verpflichtet, Ihnen den ins Netz eingespeisten Strom gemäß den Regelungen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) zu vergüten. Sie erhalten für den gelieferten Strom also Geld, s.u. Einspeisevergütung.

Solarthermische Anlagen

Grundsätzlich sind alle Flächen, die für PV-Anlagen geeignet sind, auch für thermische Solaranlagen geeignet. Die Eignungsflächen unterscheiden sich lediglich in der benötigten Mindestgröße, der geeigneten Dachneigung sowie der zusätzlichen Nutzung diffuser Strahlung.

Thermische Solaranlagen dienen entweder nur zur Warmwasserbereitung oder auch zur Heizungsunterstützung und helfen dadurch, Brennstoffkosten einzusparen. Die Energie, die durch Anlagen zur Warmwasserbereitung eingespart wird, liegt erfahrungsgemäß zwischen 50 und 60 %.

Das wichtigste Bauteil einer thermischen Solaranlage ist der Sonnenkollektor. Sonnenkollektoren gibt es in unterschiedlichen Bauweisen, zum Beispiel so genannte Absorbermatten, Flachkollektoren, Vakuum - Flachkollektoren, Vakuum - Röhrenkollektoren und andere. Bei solarthermischen Anlagen ist der Sonnenkollektor das Bauteil, das auf dem Gebäudedach montiert wird. Er ist mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten gefüllt, die erwärmt werden.  Die dadurch gewonnene Wärmeenergie wird in geeigneter Weise dem Warmwasser- bzw. Heizungssystem des Gebäudes zugeführt.

Vorteil solarthermischer Anlagen ist der geringere Flächenbedarf gegenüber Photovoltaik-Anlagen. Wenige Quadratmeter Dachfläche, die von der Sonne angestrahlt werden, sind für normale Wohngebäude völlig ausreichend. Bei Anlagen zur Warmwasserbereitung rechnet man mit rund 1,0 – 1,5 Quadratmeter Flachkollektor pro Person, so dass auf einem Einfamilienhaus auch eine kleinere Fläche ausreicht (3-Personenhaushalt: 3-4 m²). Für eine Kollektoranlage zur Unterstützung der Raumheizung eines Einfamilienhauses mit 150 m² wird eine Flachkollektorfläche ab ca. 10 m² benötigt.

Im optimalen Fall treffen die Sonnenstrahlen im rechten Winkel auf die Solarthermie-Kollektoren. Allerdings ändert sich der optimale Neigungswinkel je nach Jahreszeit, da die Sonne höher oder tiefer am Himmel steht. Wichtig bei der Bestimmung der optimalen Dachneigung ist, welches Solarthermie-System auf dem Dach installiert werden soll. Da eine Solarthermie-Anlage zur Trinkwassererwärmung größtenteils im Sommer genutzt wird, ist ein geringerer Neigungswinkel von rund 30 Grad durch den hohen Sonnenstand optimal. Eine solarthermische Anlage zur Heizungsunterstützung wird oft in den Übergangsmonaten im Frühjahr und Herbst genutzt, wenn die Sonne tiefer am Himmel steht. Daher ist bei dieser Form der Solarheizung eine Neigung von rund 60 Grad ideal.