Solarenergie nutzen

Um Solarenergie aktiv und passiv nutzen zu können, sind bei der Planung von Bauwerken viele Kriterien, wie z.B. die Ausrichtung des Gebäudes, der Glasflächenanteil in der Fassade und die Materialität der Innenraumbauteile zu beachten. Der Gebäudehülle kommt dabei eine besondere Rolle zu, denn alle zur Sonne ausgerichteten „aktiven“ Fassaden- und Dachflächen können Solarstrahlung sammeln, wandeln und lenken oder direkt als Solarstrom, Solarwärme und Tageslicht nutzbar machen. Photovoltaik und solarthermische Kollektoren werden dabei zunehmend eingesetzt. Bis zum Jahr 2025 sollen 40 bis 45 Prozent des in Deutschland verbrauchten Stroms aus erneuerbaren Energien stammen – so sieht es das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vor.

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Alle direkt der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Gebäudeteile dienen auch der passiven Solarenergienutzung. Dadurch, dass sich die Oberflächen der lichtundurchlässigen Außenbauteile wie Wände und Dächer erwärmen, reduziert sich auf Grund der geringeren Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenwandoberfläche der Transmissionswärmeverlust. Ein weiterer Wärmegewinn erfolgt über die Fenster. Durch sie wird die Direkt- und Diffusstrahlung ins Gebäudeinnere geleitet, wo sie Böden, Wände und Decken erwärmt. Abhängig von der Speicherfähigkeit der raumseitigen Massen, der Reflektion und der Streuung geben diese Bauteile die Wärme verzögert an den Raum ab.

Die Größe und Positionierung, vor allem aber die Ausrichtung der Fensterflächen ist für die passive Solarenergienutzung besonders wichtig. Diese sollte im Hinblick auf die geografische Lage des Gebäudes und die Himmelsrichtungen erfolgen. In der nördlichen Hemisphäre erzielen Südfassaden im Winter die höchsten solaren Wärmegewinne, im Sommer lassen sie sich am leichtesten gegen Überhitzung schützen. Im Vergleich dazu weisen Ost- und Westfassaden geringere Wärmegewinne, vor allem aber größere Probleme hinsichtlich des sommerlichen Wärmeschutzes auf.

Grundsätzlich ist zu bedenken, dass die Sonne je nach Jahreszeit in steileren und flacheren Winkeln auftritt und dadurch mehr oder weniger tief ins Gebäude gelangt. Ebenso veränderlich ist die Sonnenscheindauer und die Strahlungsintensität, die darüber hinaus durch die Bewölkung am Himmel beeinflusst ist. Im Sommer nimmt man in Deutschland bei klarem Himmel eine Gesamtstrahlungsleistung (= die pro waagerechte Fläche eintreffende Strahlung) von 600-1.000 W/m² an, im Winter eine Gesamtstrahlungsleistung von 300-500 W/m². Bei stark bewölktem bis nebelig trübem Himmel reduzieren sich diese Werte im Sommer auf 100-300 W/m² und im Winter auf 50-150 W/m².

Die in den Sonnenstunden gesammelte Strahlung übersteigt häufig den momentanen Wärmebedarf des Raums oder des gesamten Gebäudes. Je höher die Speicherfähigkeit der umschließenden Bauteile eines besonnten Raums ist, desto größer ist der nutzbare Anteil der solaren Strahlung. Wesentliche Eigenschaften speicherfähiger Bauteile sind eine große Oberfläche, eine hohe Wärmekapazität, eine mittlere bis gute Wärmeleitfähigkeit des Materials und möglichst direkte Besonnung in Verbindung mit dunkler Farbe. Diese Eigenschaften weisen beispielsweise Steinfußböden, freiliegende Betondecken oder massive Innenwände auf. Holz- und Hohlraumböden, Gipskartonwände und abgehängte Decken mindern die Speicherfähigkeit von Räumen.

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