Die deutsche Solarthermie-Branche
Die Wärmeerzeugung mit Sonnenenergie ist eine seit Jahrzehnten erprobte Technologie. In vielen Haushalten, Hotels, Krankenhäusern etc. bewähren sich Sonnenkollektoren für die Warmwasserbereitung und die Heizungsunterstützung. Erste Anlagen zur Prozesswärmeerzeugung und zur solaren Kühlung sind ebenfalls bereits installiert.
Die Technologie im Überblick
Solarwärmekollektoren absorbieren das Sonnenlicht, wandeln es in Wärme um und geben diese an eine Wärmeträgerflüssigkeit ab. In Anlagen mit Zwangsumwälzung wird die Flüssigkeit über ein Rohrsystem in den Warmwasserspeicher gepumpt. Hierzu wird vom Regler eine Umwälzpumpe eingeschaltet, sobald die Temperatur am Kollektor höher ist als im Speicher. Die Solarwärme wird über einen Wärmetauscher an den Wasserspeicher abgegeben. Die abgekühlte Flüssigkeit strömt in den Kollektor zurück und wird erneut aufgeheizt. Im Winter heizt eine konventionelle Energiequelle nach, in Deutschland sind dies meist Gas- oder Ölkessel, immer öfter werden auch Holzpelletskessel eingesetzt.
Thermosiphonsysteme nutzen die Schwerkraft zum Transport der Wärme in den Speicher, der deshalb immer höher als der Kollektor installiert werden muss. Sie werden vor allem in südlichen Ländern eingesetzt und benötigen keine Pumpe und keine Regelung. Diese Systeme sind technisch einfach und zuverlässig, werden aber bei größeren Kollektorflächen und zentraler Warmwasserbereitung selten eingesetzt.
Die einfachste Form der Kollektoren sind unverglaste Kunststoffabsorber. Hier wird Wasser durch Schläuche oder schwarze Kunststoffmatten gepumpt und zur Erwärmung von Freibädern genutzt. Dabei werden typischerweise Temperaturen von 30°C bis 50°C erreicht.
Flachkollektoren sind die in Europa am meisten verbreiteten Kollektoren. Sie bestehen aus einem Metall- oder Holzgehäuse, das auf der Unterseite und den Seiten wärmegedämmt ist und das auf der Oberseite eine Glasabdeckung hat. Im Kollektor liegt der beschichtete Absorber, unter dem die Röhrchen angeschweißt sind, durch die die Wärmeträgerflüssigkeit fließt, die zwischen Kollektor und Warmwasserspeicher zirkuliert. Die in Deutschland eingesetzten Kollektoren arbeiten üblicherweise im Temperaturbereich zwischen 60°C und 90°C, wobei sie im Stillstand weit über 200°C erreichen können.
Höhere Wirkungsgrade erreichen Vakuumröhrenkollektoren, da die Wärmeverluste durch einen starken Unterdruck in den Glasröhren deutlich reduziert werden. Es gibt mehrere verschiedene Bauarten. Entweder liegen die Absorber in einer Röhre im Vakuum oder eine Doppelglasröhre mit Vakuum ist an ein Wärmeleitblech montiert. Mehrere Röhren bilden einen Kollektor.
Eine andere Bauart der Flachkollektoren sind so genannte Luftkollektoren, bei denen Luft als Wärmeträger erhitzt wird und dann zur Beheizung von Hallen, Häusern oder bei Einsatz von Luft-Wasser-Wärmetauschern auch zur Erwärmung von Wasser verwendet wird. Die erwärmte Luft kann auch direkt zur Trocknung von landwirtschaftlichen Erzeugnissen genutzt werden.
Marktentwicklung in Deutschland
Etwa 5% der deutschen Haushalte nutzen bislang Solarwärme und über eine Million Solarwärme-Anlagen sind bereits auf deutschen Dächern installiert. Die gesamte installierte Solarwärmeleistung betrug in Deutschland Ende 2006 rund 5750 Megawatt. In den nächsten fünf Jahren erwartet der Bundesverband Solarwirtschaft in Deutschland Investitionen von über zehn Milliarden Euro in die Errichtung von Solaranlagen zur Wärmeerzeugung. Mittelstand und Handwerk werden von dieser Marktentwicklung besonders profitieren. Die rund 5.000 deutschen Solarwärmeunternehmen und Handwerker beschäftigen rund 20.000 Mitarbeiter. Im Jahr 2006 wurde ein Umsatz von 1,2 Milliarden Euro bei einem Marktwachstum von nahezu 60 Prozent erzielt.
In Deutschland gibt es etwa 800 Millionen Quadratmeter Dachflächen, die für eine solare Nutzung geeignet sind. Weitere Nutzungspotenziale bestehen bei Fassaden und Freiflächen. Bisher dominieren vor allem kleine Anlagen zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung auf privaten Wohnhäusern mit einer Kollektorfläche von üblicherweise zwischen 6 und 15 Quadratmetern. Die Solartechnik für größere Anlagen auf Mehrfamilienhäusern, Hotels, Krankenhäusern, Alten- und Wohnheimen etc. wurde in den letzten Jahren stark weiter entwickelt und soll künftig verstärkt eingesetzt werden. Im Rahmen des Demonstrationsprogramms „Solarthermie 2000“ wurden sogar 10 solare Nahwärmeanlagen mit bis zu 3.000 Quadratmeter Kollektorfläche und saisonalen Wärmespeicher mit bis zu 12.000 Kubikmeter Wasserinhalt installiert. Dabei wird die im Sommer erzeugte Solarwärme bis zum Winterhalbjahr gespeichert und dann zur Beheizung der angeschlossenen Häuser eingesetzt. Anlagen ab 30 Quadratmeter wurden kaum realisiert, obwohl sie geringere Wärmeverluste aufweisen und deshalb noch rentabler sind. Eine Ursache für die geringe Nutzung dieser Potenziale sind Abschreibungszeiträume, die in der Wirtschaft mit maximal vier Jahren etwa bei der Hälfte der Amortisationszeiten anspruchsvoller Solaranlagen liegen. Dabei wird oft übersehen, dass gute Solaranlagen nach einer längeren Amortisationszeit noch lange Zeit praktisch kostenlos Energie liefern.
Rahmenbedingungen
Solarwärmeanlagen sind technisch ausgereift, sie sind umweltfreundlich und schützen das Klima. Sie erhöhen die Versorgungssicherheit, da sie die Abhängigkeit von Öl- und Gasimporten reduzieren. Im Vergleich zu heutigen Öl- und Gaspreisen sind sie jedoch oftmals noch teurer, weshalb ihre Verbreitung von der deutschen Bundesregierung durch einen Zuschuss im so genannten Marktanreizprogramm gefördert wird.
Um die Verbreitung künftig noch weiter zu beschleunigen, werden in der nahen Zukunft weitere systematische Ausbauprogramme aufgelegt werden.
Neben den dezentralen kleineren Anlagen bieten auch Nahwärmenetze neue Möglichkeiten, in die große Solarkollektorfelder die Sonnenwärme einspeisen können. In Deutschland wird bereits intensiv an solchen Projekten gearbeitet, bei denen teilweise auch große saisonale Wärmespeicher zum Einsatz kommen, mit denen die im Sommer erzeugte Solarwärme bis in das Winterhalbjahr gespeichert wird.
Ausblick
Neben den ökologischen Aspekten wie Klimaschutz und Schadstoffreduktion sprechen immer mehr auch ökonomische Gründe für den verstärkten Einsatz von Solarwärmeanlagen. Wegen der kontinuierlich steigenden Preise für Öl und Gas sowie der steigenden Abhängigkeit von Öl- und Gasimporten aus Krisenregionen wird die Solarwärme in Zukunft nicht nur für die Warmwasserbereitung, sondern mehr noch für die Heizungsunterstützung wirtschaftlich interessant. Solarwärmeanlagen werden in Europa zum selbstverständlichen Bestandteil der Heiztechnik in allen Gebäuden werden.
Eine weitere viel versprechende Anwendung ist die solarthermische Kühlung, bei der die Wärme aus Sonnenkollektoren zum Antrieb von thermischen Kühlmaschinen dient. Mehr als 100 Anlagen sind bereits europaweit erfolgreich im Einsatz. Mehrere Unternehmen und Forschungseinrichtungen arbeiten an der Weiterentwicklung dieser Technologie, um sie kompakter, günstiger und für kleinere Leistungen einsatzbereit zu machen.
