Solar-Technik
Der Begriff Solar bedeutet prinzipiell, die mit der Sonne zusammenhängenden Eigenschaften und Funktionen.
Es gibt die unterschidlichsten solaren Zusammenhänge. Unter anderem, die Photosyntese, die sichtare Strahlung (Licht/Farbspektrum), die UV-Strahlung, die Wäremstrahlung (infrarot) und die Röntgenstrahlung.
Unter Solartechnik versteht man zunächst den Begriff, dass aus Sonnenstrahlung Energie gewonnen und nutzbar gemacht wird. Wir unterscheiden bei der Solartechnik nach 2 Nutzungsarten, der Photovoltaik (PV-Anlagen) und der thermischen Solartechnik (Solarthermie).
Generell ist die Solartechnik unter dem Begriff "Erneuerbare-Energie" zu betrachten und leistet einen erheblichen Beitrag zum Umweltschutz und zu Energieerzerugung.
Die Photovoltaik ist die Technik, um aus der Sonnenstrahlung elektrische Energie zu gewinnen. Diese elektrische Energie können wir nach entsprechender Aufbereitung für eigene elektrische Verbraucher nutzbar machen, oder über das öffentliche Stromnetz anderen zur Verfügung stellen.
Mit der Photovoltaik wird also Strahlungsenergie aus der Sonne, mit Hilfe von Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt. Diese Solarzellen stellen eine Leistung in Form einer Gleichspannung mit einner gewissen Stromstärke zur Verfügung. Diese muss dann in der Regel zur weiteren Verwendung oder zum Transport entsprechend umgewandelt werden. Diesen Vorgang (Erzeugung und Umwandlung, bis zur Verfügungstellung an einem Übergabepunkt) wird allgemein als Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) bezeichnet.
Eine PV-Anlage hat primär nichts mit der allgemeinen Haustechnik (Heizung, Lüftung und Regelungstechnik) zu tun, sondern kann lediglich die elektrische Energie für diese Techik zur Verfügung stellen.
Aber auch genau darin liegt der eigentliche Vorteil einer PV-Anlage. Die gewonnene elektrische Energie, kann praktisch überall eingesetzt werden, wo diese benötigt wird, nicht nur zur Wäremeerzeugung. Damit ist diese Energiegewinnung natürlich um so interessanter, zumal sie natürlich keinerlei CO2 verursacht und annähernd keinen Wartungsaufwand benötigt.
Bei der Leistungsbillanz einer PV-Anlage, kann man grob von ca. 20% Ausbeute ausgehen. Das bedeutet, dass in etwa ein Fünftel der Strahlungsenergie der Sonne, die auf eine Fläche trifft, in elekrtische Energie umgewandelt wird. Für große Leistungen sind daher auch relativ große Flächen erforderlich.
Die thermische Solartechnik (Solarthermie), ist die direkte Gewinnung des Wärmeinhaltes in der Sonnenstrahlung und diese als Wäremenergie zur Verfügung zun stellen.
Die thermische Solaranlage, oder auch Solartermie genannt, stellt also Energie in Form von Wärme zur Verfügung, in der Regel indem Wasser entsprechend erwärmt wird. Diese Wärmeenergie kann man dann als Wärmequelle für Heizungs und Lüftungsanlagen nutzen, oder über ein Rohrnetz anderen zur Verfügung stellen, zum Beispiel in der Fernwärme-Versorgung oder einem Nah-Wärme-Verbund.
Aber gerade diese Weitergabe der Energie ist der Grund, warum man die Solartermie nicht stärker einsetzt. Der Energietransport ist hier der "Pferdefuß". Hier muss der Energieträger, das erwärmte Wasser, transportiert werden, was einen gößeren Aufwand bedeutet, je größer der Weg des Transports ist.
Bei der Leistungsbilanz einer thermischen Solaranlage, kann man grob von bis zu 90% Ausbeute ausgehen. Der Grund dafür liegt daran, dass die Erzeugung von Wärme aus Sonnenstrahlung grundlegend gegeben ist und keine technichen Hilfsmittel erforderlich sind. Das ist ganz offensichtlich, da von der Sonnen beschienene Flächen sich erwärmen, und zwar um so stärker, je dunkler diese Flächen sind. Lediglich die Weiterleitung des Wärmeinhaltes über ein Wasserführendes Rohrsystem ist hier als Aufwand erforderlich um die Wärmeenergie zu transportieren.
Die Solarthermie kann einen erheblichen Teil der Wärmeenergie-Erzeugung einnehmen und lokal direkt in Heizungsanlagen und der Trinkwassererwärmung eingebunden werden.
Generell gillt, die Fläche, auf die die Sonnenstrahlung trifft nennt man Kollektor (Sammler). Den größten Wirkungsgrad, die ein Kollektor hat ist dann gegeben, wenn die Sonnenstrahlung genau sekrecht auf die Kollektor-Fläche trifft. Aber auch ganu darin liegt auch die Problematik der Solar-Energie. Wenn die Montage der Kollektoren nicht durch die Dachausrichtung gegeben ist, sollte man die Kollektor-Ausrichtung den Gegebenheiten anpassen und die Montage für die Nutzungsart optimieren.
Da ja die Sonne durch die Erdrotation im Laufe des Tages unterschiedliche Einstrahrichtungen hat und das ganze auch noch von der Jahreszeit (Erdachsenneigung), der Geograpfischen Lage (Breitengrad) und der Landschafts-Topographie (Mehr oder weniger bewölkt) abhängt, haben diese Eigenschaften sehr starken Einfluss auf den Ertrag. Man sollte daher Solar-Kollektoren immer optimal ausrichten. Die beste Ausrichtung wäre natürlich, wenn die Solarflächen immer dem aktuellen Sonnenstand nachgeführt würden. Dies ist allerdings ein erheblicher Aufwand in der Bauform und in der Steuerung der Nachführung. Daher werden in den allermeisten Fällen die Kollektoren fest installiert.
Bei der Installation von Solar-Anlagen sollte man daher daruf achten, wann man die gewonnene Energie wie nutzen will.
Bei PV-Anlagen ist die Nutzung elektriche Energie, die in der Regel immer irgendwie und irgendwo genutzt werden kann. Daher legt man PV-Anlagen so aus, dass sie über das Jahres-Mittel die besste Ausbeute haben. Das ist in Mitteleuropa je nach Breitengrad ca. 25-35° Neigung, exakt nach Süden.
Bei der Solarthermie ist das deutlich anders. Hier will man die stärkste Ausbeute im Winter, wenn Heizwärme erforderlich ist und dann ist in Mitteleuropa der Sonnenstand sehr niedrig (z.B. am 21.Dez. ca. 13° über dem Horizont). Daher ist die optimale Ausrichtung für die Solerthermie ca. 70° Neigung nach Süden.
Wenn man allerdings bei der Installation einer Solaranlage auf die vorhande Dachfläche oder den Boden zurückgreifen muss, dann hilft manchmal nur eine zusätzliche Aufständerung der Solar-Kollektoren zur Optimierung.
Ein weiters Kriterium bei der Solartechnik ist die Abschattung.
Man sollte Solar-Kollektoren (PV, wie Thermie) immer so anbringen, dass diese nicht in den Schatten anderer Objekte geraten. Bei Montage auf Dächern sind das meist Abschattungen von anderen Dächern, Kaminen oder auch hohen Bäumen. Bei Boden-Montage können schon Hecken ein Abschattung bringen, ganz abgesehen natürlich von Gebäuden, Bäumen oder anderen Hindernissen.
Bei PV-Anlagen ist die Abschattung wesentlich kritischer als bei thermischen Kollektoren, hier kann eine Abschattung von 5% schon 20% Ertragseinbuße bringen. Bereits Freiluft-Stromleitungen oder Masten bringen hier messbare Ertragsminderungen. Der Grund dafür liegt in der Zusammenschaltung mehrerer Solarzellen innerhalb eines Modules und der Reihenschaltung mehrer Module zu einem Strang. Bei einer Reihenschaltung hat das Element mit dem größten Widerstand bzw. wenigsten Ertrag, den meisten Einfluss auf das Gesamte.
Bei der Solarthermie ist das weniger kritisch, hier ist die Einbuße durch Abschattung nur in etwa analog der Abschattung zur gesamten Fläche, da hier die abgeschatteten Teile des Kollektors zwar keinen Ertrg bringen, aber die anderen Teile kaum behindern.