Wie funktioniert ein Solar-Wasser-Heizer
Einschließlich einer Diskussion über aktive und passive Systeme, Solarkollektoren und Wasserspeichertanks.
Die ersten, rudimentärsten Solar-Warmwasserbereiter waren einfach schwarze Metallbehälter, wie Fässer oder Trommeln, die im Sonnenlicht platziert wurden. Wasser füllte sie, nahm Wärme von der Sonne auf und wanderte dann durch ein Rohr zum Warmwassersystem des Hauses.
Moderne Solar-Warmwasserbereiter verwenden das gleiche Grundprinzip, enthalten jedoch ein ausgeklügeltes System aus Pumpen, Speicherbehältern und Sammelvorrichtungen, um die Menge der Sonnenenergie auf das Wasser, das erzeugte Warmwasser und die zurückgehaltene Energie zu maximieren. Nahezu alle leiten warmes Wasser in einen existierenden herkömmlichen Tank-Wassererhitzer ein, der eine sekundäre Wärmequelle hat und somit die Energieaufnahme reduziert, die benötigt wird, um heißes Wasser zu halten. Der konventionelle Warmwasserbereiter sichert die Solarheizung an bewölkten Tagen und Zeiten erhöhter Nachfrage.
Es werden viele Konstruktionen hergestellt, die sich durch die Art der Kollektor- und Zirkulationssysteme unterscheiden, die sie verwenden.
Solare Warmwasserbereiter
Alle Solarwarmwasserbereiter fallen in zwei Hauptkategorien: passiv und aktiv. Aktive Systeme verwenden Umwälzpumpen, während passive Systeme Wasser über die natürliche Neigung des Wassers bewegen, wenn es erwärmt wird.
Aktives Solar-Warmwassersystem
Aktive Systeme können entweder direkt oder indirekt zirkulieren. Bei einem direkten System zirkuliert eine Pumpe das Wasser eines Hauses durch die Kollektoren. Indirekte Systeme zirkulieren kein Haushaltswasser durch die Kollektoren, sondern pumpen stattdessen ein nicht gefrierendes Wärmeträgerfluid durch die zu erwärmenden Kollektoren. Diese Frostschutzflüssigkeit läuft dann durch einen Wärmetauscher in einem Speichertank, wo sie ihre Wärme an das Wasser überträgt. Das indirekte System ist komplexer, aber besser in Klimazonen, in denen gefrierende Temperaturen ein direktes System einfrieren würden.
Passives solarthermisches System
Passive Systeme, obwohl weniger teuer als aktive, sind bei der Wärmeübertragung nicht so effizient, weil sie das erhitzte Wasser nicht so schnell zirkulieren lassen. Auf der positiven Seite sind sie kostengünstiger, zuverlässiger und langlebiger.
Solarkollektoren
Der Kollektor ist Teil eines solaren Wassererwärmersystems, das die Wärme der Sonne sammelt und an das Wasser abgibt. Ein Beispiel für den einfachsten Kollektor ist die altmodische "Hot Box", ein recycelter Heißwassertank, der von seiner Schale befreit, schwarz lackiert und in eine gut isolierte Dose mit Glasdeckel gelegt wurde. Obwohl es unglaublich einfach ist, ist es tatsächlich ein effektives System, das für sehr geringe Investitionen einfach zu installieren und zu installieren ist. Unabhängig davon, ob das System eines Hauses aktiv oder passiv ist, wird es einen von drei Arten von Solarkollektoren haben: Flachkollektor, integriertes Kollektorspeichersystem oder Vakuumröhrenkollektoren.
Der nächste Schritt ist ein Hot-Box-Kollektor, der eine schwarze Absorberplatte verwendet, um Sonnenstrahlung zu sammeln.Diese Kollektoren haben gewöhnlich eine dunkle Absorberplatte, die unter einem oder mehreren Glas- oder klaren Kunststoffabdeckungen angeordnet ist. Die Platte überträgt die Sonnenwärme auf Kupferrohre (auch schwarz lackiert, meist mit elektrostatischer Farbe). Das Wasser fließt durch diese Absorberplatte, wo es von der Sonne erwärmt wird. Die Isolierung hält die Hitze im Inneren der Box. Dies ist der heißen Box bei der Lieferung größerer Mengen an erhitztem Wasser überlegen. Absorberplattenkollektoren haben ein viel niedrigeres Profil und wiegen weniger als eine rudimentäre Hotbox, was sie zu einer attraktiven kostengünstigen Lösung für bestehende Häuser macht (und besonders wirtschaftlich zum Heizen von Schwimmbecken).
Die Top-of-the-line-Technologie für die solare Warmwasserbereitung ist ein Vakuumröhrenkollektor. Diese Art von System weist parallele Reihen von transparenten Glasröhren, Metallabsorbern und beschichteten Rippen auf. Diese Hightech-Kollektoren minimieren den Wärmeverlust durch Strahlung. Einige Arten verwenden Glasrohre in Rohren oder haben ein Metallabsorberrohr, das an einer Finne befestigt ist. Bei dem letzteren Typ absorbiert die Beschichtung der Flosse Sonnenenergie, verhindert jedoch einen Wärmeverlust. In den Rohren wird ein Vakuum erzeugt, das den Wärmeverlust durch leitfähige und konvektive Elemente eliminiert, was die Effizienz der grundlegenderen Kollektorsysteme erheblich beeinträchtigt. Evakuierte Röhren- oder Vakuumkollektoren können überraschend hohe Wassertemperaturen erreichen, manchmal über 300 Grad F.
Integrierte Kollektorspeicher- ("Batch") - Systeme (ICS) verwenden auch eine verglaste, isolierte Box, verwenden aber einen oder mehr schwarze Rohre oder Tanks anstelle von Absorberplatten, um das Wasser zu erhitzen. Das vorgewärmte Wasser wird zum konventionellen Backup-Warmwasserbereiter geleitet und dort gelagert. Außenrohre sind anfällig für Frost, daher ist diese Art der Aufstellung nicht für Regionen mit strengen Wintern geeignet.
Solare Wasserspeicher
Solare Speicherbehälter für Warmwasserbereiter sind gut isoliert und haben Ein- und Ausgänge, die von und zum Kollektor führen. Eintanksysteme verwenden eine Reserveheizungs / Solarspeicherkombination. Zwei-Tank-Systeme verfügen über einen Solar-Wassererwärmer, der das Wasser vorwärmt, bevor es zu einem herkömmlichen Wassererhitzer gelangt.
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FAQ - 💬
❓ Wie funktioniert eine Solar Warmwasseranlage?
👉 Das Rohrnetz einer Solar Warmwasser-Anlage führt von den Warmwasserkollektoren zum Speicher. Es wird von der Solarflüssigkeit (Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser) durchflossen und sorgt für den Transport der solaren Wärme vom Dach zum Speicher.
❓ Was sind die Nachteile von Solarthermie?
👉 Viel Wärme im Sommer, wenig im Winter Ein Nachteil der Solarthermie ist ihre Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung. Wenn sie am dringendsten gebraucht wird – in der dunklen Jahreszeit – liefert sie am wenigsten Wärme. Man kommt also mindestens von Oktober bis April nicht ohne andere Energiequelle aus.
❓ Warum lohnt sich Solarthermie nicht?
👉 Der erste der Irrtümer über die Solarthermie besteht darin, dass oft behauptet wird, Solarthermie lohne sich nicht. Richtig ist vielmehr, dass Solarwärme-Systeme in doppelter Hinsicht lohnen. Sie lohnen sich für das Klima, denn sie sparen viel Kohlendioxid ein und sie lohnen sich für den Geldbeutel.
❓ Wann lohnt sich eine Solaranlage für Warmwasser?
👉 Vergleicht man die Kosten mit den Einsparungen, lohnt sich Solarthermie nach mindestens 14 Jahren. Denn in dieser Zeit erwirtschaftet die Anlage die anfänglichen Anschaffungskosten.
❓ Was bringt Solarthermie im Winter?
👉 Da die Leistung von Solarthermie vor allem von der Intensität der Sonneneinstrahlung abhängt, kann sie im Winter nicht so viel Wärmeenergie erzeugen wie im Sommer. Im Durchschnitt reduziert sich die Leistung einer Solarthermieanlage im Winter auf rund 20 bis 30 Prozent der maximalen Wärmeleistung.
❓ Kann man mit Solar im Winter Heizen?
👉 In der Praxis werden Solarthermieanlage im Winter vor allem für das Warmwasser und weniger für die Heizung genutzt. Doch auch das Wasser können sie nicht alleine aufbereiten – sondern arbeiten als Unterstützung für das Heizsystem im Haus. So funktioniert eine Solarthermieanlage.
❓ Kann man ein Haus nur mit Solar Heizen?
👉 Ein Haus, beheizt nur mit der Energie der Sonne, geht das? Vollkommene Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen? Ja, es gibt schon viele Häuser, die zu mehr als 50% mit Solar beheizt werden. Seit 1989 steht in der Schweiz ein Haus, welches nur mit der Energie der Sonne beheizt wird.
❓ Wie funktioniert Solarthermie im Winter?
👉 Solarthermie: Wirkungsgrad und Leistung im Winter geringer Auch bei optimaler Auslegung sinkt die Solarthermie-Leistung im Winter stark ab. Grund dafür ist die geringere und schwächere Sonneneinstrahlung. Außerdem reduziert sich der Wirkungsgrad, da Kollektoren bei sehr niedrigen Außentemperaturen mehr Wärme verlieren.
❓ Wie oft muss man die solarflüssigkeit wechseln?
👉 zwei JahreIn der Regel sollte etwa alle zwei Jahre geprüft werden, ob die Flüssigkeit gewechselt werden muss. Dies kann auch gleich mit der Wartung der thermischen Solaranlage verbunden werden. Sofern alles noch so funktioniert, wie es soll, ist ein Austausch nicht notwendig.
❓ Kann man mit Solar komplett Heizen?
👉 Eine Solar Heizung unterstützt nahezu jedes Heizsystem Da der Wärmebedarf eines Hauses selten komplett durch die Solarheizung gedeckt werden kann, wird das System gern mit einer anderen Technik kombiniert.
❓ Was bringt 1 qm Solar?
👉 1 qm Photovoltaik erzeugt etwa 200 kWh Strom.
❓ Was ist eine Solarheizung?
👉 Die Solarheizung hilft bei der Raumheizung und Warmwasserbereitung. Mit einer Solar Heizung nutzen Sie Sonnenenergie und unterstützen die herkömmliche Heizungsanlage wirkungsvoll. Die Solarheizung speichert die über Kollektoren gesammelte Sonnenwärme und stellt sie der Heizung zur Verfügung.
❓ Was ist der Unterschied zwischen einer Solaranlage und einer Heizungsunterstützung?
👉 Auf den ersten Blick erscheint es unlogisch: Wenn die Solaranlage für Heizung und Erzeugung von Energie explizit benötigt wird, nämlich im Winter, scheint die Sonne deutlich weniger. Im Sommer hingegen ist die Heizungsunterstützung gar nicht notwendig, dafür scheint die Sonne viel öfter und intensiver.
❓ Wie funktioniert eine Solaranlage?
👉 Solaranlagen lassen sich hervorragend zur Heizungsunterstützung nutzen. Die in den Sonnenkollektoren und Leitungen zirkulierende Solarflüssigkeit, die von der Sonne erhitzt wird, fließt durch einen Wärmetauscher und gibt dabei Wärme an einen Pufferspeicher ab. Das darin erwärmte Wasser kann direkt in das Heizsystem geleitet werden.
❓ Was ist eine Solar-Warmwasseranlage?
👉 Er wird über die Solar-Warmwasseranlage mit Wärme versorgt und gibt warmes Trinkwasser bei Bedarf an die Entnahmestellen im Haus ab. Damit das auch funktioniert, wenn die Sonne einmal nicht scheint, wird er zur Sicherheit zusätzlich von einer konventionellen Heizungsanlage mit Wärme versorgt.
Autor Des Artikels: Alexander Schulz. Unabhängiger Konstrukteur und technischer Experte. Arbeitserfahrung in der Baubranche seit 1980. Fachkompetenz in den Richtungen: Bau, Architektur, Design, Hausbau.
