Solarenergienutzung

Die Sonne ist ein gigantischer und quasi unerschöpflicher Energielieferant. Jedes Jahr erreichen rund 1,1 Trillionen Kilowattstunden (kWh) die Erde. Das ist um ein Vielfaches mehr als der Weltenergiebedarf von rund 150 Milliarden Kilowattstunden. Doch neben vielen Vorteilen (Ressourcenschonung, keine Emissionen, keine Verbrennungsrückstände etc.) hat die Solarenergienutzung den Nachteil der geringen Leistungsdichte von maximal 1,3 kW/m², woraus ein relativ hoher Flächenbedarf zur Gewinnung folgt. Außerdem ist die Solarenergie starken tages- und jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen. Die Zwischenspeicherung ist also ein wichtiger Baustein zu ihrer effizienten Nutzung.

Gallerie

Im Inneren der Sonne finden Kernfusionsprozesse bei Temperaturen von über 5.000 °C statt, bei denen die Kerne von Wasserstoffatomen verschmelzen und Helium bilden. Bei diesem Prozess entstehen elektromagnetische Wellen, die auf die Erde in Form von Sonnenstrahlen treffen. Bis die Sonne ihren Vorrat an Wasserstoff verbraucht hat, werden noch über fünf Milliarden Jahre vergehen. Bis dahin erhalten wir auf der Erde konstant Sonnenenergie. Vor dem Hintergrund der Endlichkeit fossiler Energieträger, ihrer schädlichen Emissionen und somit des Klimaschutzes ist es absolut notwendig, die von der Sonne zur Verfügung gestellte Energie sinnvoll zu nutzen. Dies kann auf drei verschiedene Arten erfolgen: solarthermisch, photovoltaisch oder passiv.

Solarthermische Anlagen

Bei einer solarthermischen Anlage (auch: Solarthermieanlage) wird die Sonnenwärme unmittelbar genutzt. Sie wird über Sonnenkollektoren einer Trägerflüssigkeit (meist Wasser, Öl oder eine spezielle Kühlflüssigkeit) zugeführt, die über Rohrleitungen zu einem Wärmespeicher transportiert und für Heizung und Warmwasser zur Verfügung gestellt wird. Zur Beheizung eines Hauses reicht die Nutzung der solarthermischen Energie im Regelfall allerdings nicht aus, da sich das solare Energieangebot größtenteils anders verhält als der Energiebedarf eines Haushalts. Insbesondere im Winter, wenn die meiste Heizenergie benötigt wird und nur wenig solare Energie zur Verfügung steht, bedarf es also einer Zusatzheizung, etwa einer Wärmepumpe oder eines Blockheizkraftwerks, welche mit Bio-Treibstoff betrieben werden, um die benötigte Energie für Heizung und Warmwasser zur Verfügung stellen zu können. Thermische Solaranlagen können auch zur reinen Unterstützung eingesetzt werden. In den Sommermonaten wiederum kann eine Solarthermieanlage in Kombination mit einem ausreichend großen Pufferspeicher den kompletten Warmwasserbedarf decken. Bei der Auslegung der Anlagen muss jedoch auf die regionalen Verhältnisse Rücksicht genommen werden, da die jährlich zur Verfügung stehende solare Energiemenge beispielsweise in Deutschland pro Quadratmeter zwischen 900 und 1.200 kWh variiert.

Solarthermie-Großanlagen
Auch im größeren Maßstab können Solarthermieanlagen gebaut werden. Hierbei werden etwa einzelne Solarmodule, die im Prinzip denen auf dem Dach eines Hauses ähneln, auf großen Flächen installiert. Bei manchen Anlagen wird das Sonnenlicht von Spiegeln auf einen Punkt gebündelt, wo die Trägerflüssigkeit erhitzt wird. Die derart gewonnene Wärmeenergie wird dann in Wasserdampf-Generatoren zur Erzeugung von Strom eingesetzt.

Photovoltaikanlagen

In einer Photovoltaikanlage (Abkürzung: PV-Anlage) wird das Sonnenlicht durch Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt, die vielfältig einsetz- und verwendbar ist. Der Strom kann entweder direkt im Gebäude verbraucht oder gespeichert werden. Überschüssiger Strom kann außerdem ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom gelingt durch Solarzellen aus Silizium oder anderen Halbleitermaterialien, die bei Einfall des Lichts Ladungen freisetzen, die in Form von Elektronen über einen Leiter abfließen können. In einer Solarzelle wird zunächst Gleichstrom erzeugt, der durch einen Wechselrichter in den üblicherweise eingesetzten Wechselstrom umgewandelt werden kann. Auch bei der Planung von PV-Anlagen muss auf die regional zur Verfügung stehende solare Energiemenge Rücksicht genommen werden.

PV-Anlage im Smart Building
Photovoltaikanlagen sind heute oftmals in ein ganzes Smart-Building-System eingebunden, in dem die verschiedenen Energieströme von der Energiegewinnung bis zu den einzelnen Verbrauchern intelligent bzw. digital gesteuert werden. So kann der Strom bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt und die Verluste können auf einem Minimum reduziert werden.

Passive Nutzung von Solarenergie

Während Solarthermie- und PV-Anlagen die Sonnenenergie aktiv nutzen, um nutzbaren Strom oder Wärme zu erzeugen, kann die Sonneneinstrahlung auch passiv genutzt werden. Nach dem Prinzip eines Gewächshauses kann die Wärme aus der Sonnenenergie in geschlossenen Räumen gespeichert bzw. gesammelt und so zur Beheizung genutzt werden. Passivhäuser etwa speichern die Wärme aus der Solarenergie enorm gut und nahezu verlustfrei. Ein Passivhaus bedarf allerdings einer detaillierten Planung des Gesamtsystems sowie eines bewussten Verhaltens der Nutzerinnen und Nutzer.

Speicherung von Solarenergie

Die Speicherung von solarthermischer Energie in Form von Wärme in einem Pufferspeicher (gefüllt mit Wasser) ist recht simpel. Entsprechende Systeme bieten alle Hersteller von Heizsystemen an. Auch die Speicherung von Solarenergie in Form von Strom in Batterien bzw. Akkumulatoren ist einfach, meist jedoch mit etwas höheren Verlusten verbunden. Stromspeicher sind zudem noch recht groß und teuer. Die Forschung der Stromspeicherung allerdings ist noch längst nicht am Ende angelangt, weswegen in Zukunft mit weiteren, effizienteren Technologien zu rechnen ist. Da Strom außerdem ein sehr vielfältiges Energiemedium ist, kann er zum Beispiel auch im Bereich der Elektro-Mobilität eingesetzt oder dem öffentlichen Stromnetz zur Verfügung gestellt werden. Er gilt als wichtigster Energieträger der Zukunft, weshalb seine Erzeugung aus Solarenergie künftig eine zentrale Rolle einnehmen wird.

Fachwissen zum Thema

Statt selbst erzeugten Solarstrom ins Netz zu speisen, ist es wirtschaftlicher, ihn selbst zu nutzen

Statt selbst erzeugten Solarstrom ins Netz zu speisen, ist es wirtschaftlicher, ihn selbst zu nutzen

Wärmepumpen und Solarenergie

Photovoltaik-Wärmepumpen-Kombination

Bei der Kopplung einer PV-Anlage mit einer Wärmepumpe kann ein erheblicher Teil des für den Betrieb der Pumpe benötigten Stroms regenerativ und somit klimafreundlich gewonnen werden.

Solaranlage zur Heizungsunterstützung

Solaranlage zur Heizungsunterstützung

Wärmepumpen und Solarenergie

Solaranlage zur Heizungsunterstützung

Das Prinzip der Solaranlage mit Heizungsunterstützung ist ähnlich dem der Solaranlage zur Trinkwassererwärmung. Einziger...

Funktionsweise eines Vakuum-Röhrenkollektors

Funktionsweise eines Vakuum-Röhrenkollektors

Wärmepumpen und Solarenergie

Solarkollektoren

BauartenEs gibt drei verschiedene Arten von Kollektoren zur Nutzung solarer Energie. Alle Bauformen haben gemeinsam, dass sie eine...

Moderne Solarthermie-Flachkollektoren lassen sich unauffällig ins Dach integrieren.

Moderne Solarthermie-Flachkollektoren lassen sich unauffällig ins Dach integrieren.

Wärmepumpen und Solarenergie

Solarthermie

In Kombination mit Speichern können Solarthermieanlagen zur Warmwasserbereitung und zum Heizen, aber auch zum Kühlen eingesetzt werden.

Bauwerke zum Thema

Der Werkstattflügel des Bauhauses Dessau mit seiner berühmten Glasvorhangfassade

Der Werkstattflügel des Bauhauses Dessau mit seiner berühmten Glasvorhangfassade

Kultur/​Bildung

Bauhaus Dessau

Richtungsweisend, Ikone der Moderne, Unesco-Weltkulturerbe seit 1996 – das alles ist das Dessauer Bauhaus. Doch der historische...

Das Hotel verbraucht keine fossilen Brennstoffe

Das Hotel verbraucht keine fossilen Brennstoffe

Sport/​Freizeit

Berghotel Muottas Muragl im Oberengadin

Auf einer Höhe von 2.456 Metern über dem Meeresspiegel liegt einer der schönsten und sonnenreichsten Aussichtspunkte im...

Die neue Terrasse auf 30 Metern Höhe

Die neue Terrasse auf 30 Metern Höhe

Sonderbauten

Energiebunker Wilhelmsburg in Hamburg

Inmitten der Zeilenbebauung ehemaliger Arbeiterwohnungen im Hamburger Reiherstiegviertel ragt ein mächtiger Betonkoloss empor. Es...

Der dreistöckige, weiß verputzte Flachbau mit annähernd quadratischem Grundriss ist zur Hälfte in den Hang gebaut

Der dreistöckige, weiß verputzte Flachbau mit annähernd quadratischem Grundriss ist zur Hälfte in den Hang gebaut

Büro/​Gewerbe

Heiztechnik-Schulungszentrum in Lollar

Die zunehmend komplexer werdende Gebäudetechnik verlangt von Architekten, Fachplanern und Handwerkern ein immer umfassenderes und...

Kontakt Redaktion Baunetz Wissen: wissen@baunetz.de
Baunetz Wissen Heizung sponsored by:
Buderus | Bosch Thermotechnik GmbH | Kontakt 06441 418 0 | www.buderus.de
Zum Seitenanfang

Wärmepumpen: Wärmequellen und Arten

Wärmequelle Luft: Ein Wärmetauscher entzieht der Luft Energie. Die Wärmepumpe wandelt diese Energie in nutzbare Wärme um

Wärmequelle Luft: Ein Wärmetauscher entzieht der Luft Energie. Die Wärmepumpe wandelt diese Energie in nutzbare Wärme um

Wärmepumpen sind technische Heizeinrichtungen, die die Wärmeenergie aus der Umwelt nutzen, um Heizwärme zu erzeugen.

Wärmepumpen: Technik und Funktionsweise

Funktionsweise einer Wärmepumpe 1. Wärmetauscher (Verdampfer) 2. Verdichter 3. Zweiter Wärmetauscher (Verflüssiger) 4. Expansionsventil

Funktionsweise einer Wärmepumpe 1. Wärmetauscher (Verdampfer) 2. Verdichter 3. Zweiter Wärmetauscher (Verflüssiger) 4. Expansionsventil

Wärmepumpen können ein Gebäude beheizen oder auch kühlen. Dafür heben sie Umweltwärme von einem tiefen Temperaturniveau auf ein höheres an und umgekehrt.

Sole/Wasser-Wärmepumpen

Prinzip einer Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Flächen-Erdkollektor

Prinzip einer Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Flächen-Erdkollektor

Sole/Wasser-Wärmepumpen nutzen die Umweltenergie des Bodens zur Erzeugung von Wärmeenergie für Heizung und Warmwasser.

Wasser/Wasser-Wärmepumpen

Schema einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe mit Förder- und Schluckbrunnen

Schema einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe mit Förder- und Schluckbrunnen

Unter allen Wärmepumpenarten ist die Wasser/Wasser-Wärmepumpe die effizienteste. Sie nutzt als Umweltenergiequelle das Grundwasser und ist daher von der Außentemperatur unabhängig.

Luft/Wasser-Wärmepumpen

Luft-Wasser-Wärmepumpe für die Außenaufstellung

Luft-Wasser-Wärmepumpe für die Außenaufstellung

Luft/Wasser-Wärmepumpen nutzen die Wärmeenergie aus der Umgebungsluft zur Erzeugung von Heizungswärme.

Luft/Luft-Wärmepumpen

Funktionsprinzip einer Luft/Luft-Wärmepumpe mit Wärmetauscher und Zuluftnacherhitzer

Funktionsprinzip einer Luft/Luft-Wärmepumpe mit Wärmetauscher und Zuluftnacherhitzer

Streng genommen ist die Luft/Luft-Wärmepumpe keine „echte“ Wärmepumpe, da sie nicht über einen Kältemittelkreislauf verfügt, sondern nach dem Prinzip eines Wärmetauschers funktioniert.

Gas-Wärmepumpen

Gasmotor-Wärmepumpe: Wärmepumpe im Winter, Kältemaschine im Sommer

Gasmotor-Wärmepumpe: Wärmepumpe im Winter, Kältemaschine im Sommer

Nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik kann Wärme nicht von selbst von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergehen. Um die...

Wärmepumpe zur Kühlung

Schematische Darstellung einer Wärmepumpenanlage mit Erdwärmesonden, die heizen und passiv kühlen kann

Schematische Darstellung einer Wärmepumpenanlage mit Erdwärmesonden, die heizen und passiv kühlen kann

Angesichts zunehmender Hitzetage kann es auch in unseren Breitengraden sinnvoll sein, Innenräume im Sommer zu kühlen. Statt mithilfe einer separaten Klimaanlage, kann diese Kühlung auch umweltschonend über die Wärmepumpe und den Heizkreislauf erfolgen.

Photovoltaik-Wärmepumpen-Kombination

Statt selbst erzeugten Solarstrom ins Netz zu speisen, ist es wirtschaftlicher, ihn selbst zu nutzen

Statt selbst erzeugten Solarstrom ins Netz zu speisen, ist es wirtschaftlicher, ihn selbst zu nutzen

Bei der Kopplung einer PV-Anlage mit einer Wärmepumpe kann ein erheblicher Teil des für den Betrieb der Pumpe benötigten Stroms regenerativ und somit klimafreundlich gewonnen werden.

Solarenergienutzung

Bei einer solarthermischen Anlage (auch: Solarthermieanlage) wird die Sonnenwärme unmittelbar genutzt.

Bei einer solarthermischen Anlage (auch: Solarthermieanlage) wird die Sonnenwärme unmittelbar genutzt.

Vor dem Hintergrund der Endlichkeit fossiler Energieträger, ihrer schädlichen Emissionen und somit des Klimaschutzes ist es absolut notwendig, die von der Sonne zur Verfügung gestellte Energie sinnvoll zu nutzen.

Solarthermie

Moderne Solarthermie-Flachkollektoren lassen sich unauffällig ins Dach integrieren.

Moderne Solarthermie-Flachkollektoren lassen sich unauffällig ins Dach integrieren.

In Kombination mit Speichern können Solarthermieanlagen zur Warmwasserbereitung und zum Heizen, aber auch zum Kühlen eingesetzt werden.

Solaranlage zur Heizungsunterstützung

Solaranlage zur Heizungsunterstützung

Solaranlage zur Heizungsunterstützung

Das Prinzip der Solaranlage mit Heizungsunterstützung ist ähnlich dem der Solaranlage zur Trinkwassererwärmung. Einziger...

Solarkollektoren

Funktionsweise eines Vakuum-Röhrenkollektors

Funktionsweise eines Vakuum-Röhrenkollektors

BauartenEs gibt drei verschiedene Arten von Kollektoren zur Nutzung solarer Energie. Alle Bauformen haben gemeinsam, dass sie eine...

PV-Luftkollektor-Fassaden

PV-Luftkollektor Klostertaler Umwelthütte

PV-Luftkollektor Klostertaler Umwelthütte

Unter Einwirkung von Sonnenenergie heizen sich Photovoltaikzellen auf. Erfolgt keine ausreichende Kühlung, sinkt die elektrische...

Solare Luftsysteme

Solares Zuluftsystem

Solares Zuluftsystem

Gerade in ihrer spezifischen Unterschiedlichkeit zu konventionellen, wassergeführten solarthermischen Systemen sind die Vorteile...

Pellets-Solar-Heizung

Heizungsunterstützende Pellet-Solar-Kombi: Pelletskessel, Kombispeicher mit Thermosiphontechnik und Kollektoren

Heizungsunterstützende Pellet-Solar-Kombi: Pelletskessel, Kombispeicher mit Thermosiphontechnik und Kollektoren

Mit Solar-Holzpellets-Kombiheizsystemen kann das ganze Jahr über umweltfreundlich geheizt und Warmwasser bereitet werden. 60%...

Solar- und Pufferspeicher

Hydraulikbeispiel Kombinationsspeicher mit Solarthermie

Hydraulikbeispiel Kombinationsspeicher mit Solarthermie

Um Wind- oder Sonnenenergie unabhängig von Wetterverhältnissen oder Tageszeit für die Beheizung oder die Warmwasserbereitung nutzen zu können, muss sie bevorratet bzw. gespeichert werden.

Solaranlage zur Schwimmbaderwärmung

Da einerseits die Nachfrage nach warmem Schwimmbadwasser mit dem solaren Energieangebot konform geht und andererseits in der Regel...

Heizungsangebot anfordern

Mit Buderus erhalten Sie unverbindlich ein Angebot für Ihr individuelles Heizsystem. Mehr erfahren!

Partner-Anzeige