Solarthermie

Die Solarthermie ist bereits seit längerer Zeit eine sehr erfolgreiche Nutzungsform der Solarenergie. Hier wird solare Strahlung direkt in Wärme umgesetzt und kann recht einfach über einen vergleichsweise langen Zeitraum gespeichert werden. Die Speicherung über 24 Stunden ist technisch nahezu problemlos und wirtschaftlich möglich. Das Grundprinzip wurde einst in einfachsten Selbstbaukonstruktionen für die Beheizung von Gartenduschen und Swimmungpools genutzt. Hier genügte es meist, einen als "Flächenkollektor" ausgelegten möglichst schwarzen Gartenschlauch als Zufluss zu verwenden. 

Moderne Solarthermie ist mittlerweile der Bastlerphase bei weitem entwachsen. Die Kollektoren, die auf Dächern und Freiflächen installiert werden, sind High-Tech-Produkte und liefern sogar in kühlen Jahreszeiten noch beachtliche Erträge an Wärmeenergie, die zur Brauchwasserbereitung ebenso ausreicht wie zur Beheizung eines Gebäudes bzw. je nach Dämmungsqualität des Gebäudes zumindest maßgeblich zur Unterstützung der Zentralheizung beiträgt. Auf diese Weise lassen sich Kosten sparen und zudem die Umwelt durch Einsparungen in den Emissionen schützen. Die Gefahr einer Vereisung ist durch geeignete Arbeitsmittel auch bei tiefen Temperaturen gering.

Die Form der Kollektoren kann sehr unterschiedlich sein. So werden einfache Flächenkollektoren aus meist schwarzen (beste Absorbtion von Wärme) und gut Wärme leitenden Platten gefertigt, die mit einem Rohrsystem Wärme leitend verbunden sind. Durch diese Rohre wird ein frostsicheres Arbeitsmittel gepumpt, was die von der Kollektorplatte absorbierte Wärmeenergie abführen kann. Eine moderne Variante ist der Vakuumröhren-Kollektor. Hier wird das Arbeitsmittel durch ein Doppelrohrsystem gepumpt. Das innere Rohr ist von einem Vakuum umgeben, was Wärme dämmend wirkt. Was zunächst paradox erscheint, klärt sich rasch auf, wenn man versteht dass die Wärmestrahlung das Vakuum durchdringen kann, das Vakuum aber nicht Wärme leitet. So erwärmt die Sonnenenergie das Arbeitsmittel, was jedoch kaum noch Wärme an die Umgebung verlieren kann. Neben dem ohnehin frostsicheren Arbeitsmittel trägt diese Vakuum-Dämmung des doppelten Rohrsystems zusätzlich zur Sicherheit der Anlage gegenüber Frostschäden bei.

Spektakuläre solarthermische Groß-Anlagen wurden beispielsweise mit dem Projekt DESERTEC. Hier sollten Parabolrinnen-Kollektoren die Sonnenstrahlung einfangen und gebündelt auf ein Rohr gelenkt. Das darin geführte Arbeitsmittel,  ein Öl zum Beispiel wird auf einen Wärmetauscher geführt und bringt Wasser zum Verdampfen. Dieser Wasserdampf treibt über eine Turbine einen Generator zur Erzeugung elektrischen Stroms an. Die starke Energie der Sonne in der Wüste kann auf diese Weise auch auf hohem Niveau in Flüssigsalz gespeichert werden. Damit steht auch in den Nachtstunden ausreichend Energie zum Antrieb der Generatoren zur Verfügung. DESERTEC wurde nicht realisiert, jedoch finden sich vergleichbare Anlagen in den USA.

Ein weiteres Beispiel für die Nutzung der solaren Wärmestrahlung im großen Stil ist die Bündelung des Sonnenlichts mithilfe einer großflächigen Spiegelanlage auf nur einen einzigen Punkt. Hier werden Temperaturen von 1000°C und mehr erreicht. Das bringt große Herausforderungen an das verwendete Material und an das Arbeitsmittel mit sich. Zum Beispiel kommt flüssiges Natrium zum Einsatz. Dieses Alkalimetall ist jedoch in den verwendeten Mengen sehr gefährlich, denn es neigt zu sehr heftigen Reaktionen mit Wasser. Lecks im System bergen deswegen eine erhebliche Explosionsgefahr. Im weiteren wird auch in solchen Anlagen eine Verstromung über Dampfturbinen vorgesehen.

Gebäude- und Brauchwasserwärme sind die größten Positionen in der Energiebilanz eines Gebäudes. Unterstützt durch zusätzliche Photovoltaik-Module und einer gut dimensionierten Gebäudedämmung einschließlich eines energieeffizienten Lüftungssystems kann Solarthermie dazu beitragen, ein Gebäude zu einem "Plus-Energie-Haus" zu machen. Natürlich gibt es aber auch noch Alternativen in der Wärme-Erzeugung.

(rs/02-2016)

 

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