Solarenergie kann verwendet werden, um alle Arten von Arbeiten rund um das Haus zu erledigen, von der Bereitstellung von Strom für Lichter und Geräte bis hin zur Erwärmung eines Pools, Spas, einer Dusche oder eines Zimmers. Aber wie gut eine Solaranlage für Sie funktioniert, hängt von Dutzenden von Faktoren ab, darunter Ihr Wohnort, Ihre Sonneneinstrahlung, Ihr Strompreis, Ihre Kosten für Heizöl, Ihr Budget und Ihr Engagement, die Energie der Sonne eher zu nutzen als Ihre aktuellen Anbieter.
Das Herz jeder aktiven Solaranlage, egal ob sie Strom oder Wärme liefert, ist der Kollektor (manchmal auch Panel oder Modul genannt). Passive Systeme sind für ihren Betrieb auf natürliche Kräfte angewiesen, wie z. B. die Wärmebewegung von kalt zu heiß und die Tatsache, dass heiße Flüssigkeiten aufsteigen. Umgekehrt erfordert ein aktives System andere Geräte wie Gebläse, Pumpen und Wechselrichter, um die von der Sonne eingefangene Energie zu nutzen.
GEMEINSAME ARTEN VON SAMMLERN
Es gibt im Wesentlichen zwei Arten von Sonnenkollektoren, elektrische (solche, die die Sonnenstrahlen in Elektrizität umwandeln) und thermische (solche, die sie in Wärme umwandeln). Beide sind typischerweise auf Dächern zu finden, obwohl die Arrays auch auf dem Boden oder auf einem Mast montiert werden können.
Solar elektrische Paneele (manchmal auch als PV- oder Photovoltaik-Module bezeichnet) bestehen typischerweise aus Solarzellen-kachelgroßen Silikonwafern, die verdrahtet und zu einem Panel oder Modul zusammengebaut werden. Sie haben oft einen Blau- oder Grünstich, können aber auch schwarz sein. Die gebräuchlichsten Arten von Solarstromkollektoren für Wohngebäude sind:
• Kristalline PV-Module
die überwiegende Mehrheit der Solarstromkollektoren auf dem Markt. Sie werden hergestellt, indem künstliche Siliziumkristallbarren oder Laibe in Wafer geschnitten werden, von denen jeder ein positives und ein negatives Elektron trägt. Wafer werden miteinander verdrahtet, um Module zu bilden, und Module werden miteinander verdrahtet, um Arrays zu bilden. Wenn die Wafer von Sonnenlicht getroffen werden, fließt ein elektrischer Strom von den Frontkontakten zu den Rückkontakten und verteilt die Ladung von Modul zu Modul.
• Dünnschichtmodule und Laminate werden hergestellt, indem verschiedene Halbleitermaterialien in sehr dünnen Schichten auf verschiedenen Substraten, einschließlich Glas und flexiblen Trägern, abgeschieden werden. Auch sie produzieren Strom. Wird das Halbleitermaterial durch Glas geschützt, werden die Dünnschicht-Solarkollektoren als Module bezeichnet. Wenn das Halbleitermaterial eine flexible Schutzhülle besitzt, spricht man von Laminaten.
Dünnschichtmodule und Laminate machen jedoch nur einen kleinen Teil des Gesamtabsatzes von Solarmodulen aus, auch weil sie bis zu viermal mehr Dachfläche benötigen, um dieselbe kWh/Jahr-Leistung zu produzieren. Die Wohnanwendung, die für Dünnschicht-PV das größte Interesse auf sich gezogen hat, ist auf Stehfalzdächern (zwischen den vertikalen Nähten) und als Solarschindeln.
Solarthermische Kollektoren werden für Heizungsanwendungen verwendet, sind in der Regel sperriger und stehen etwas mehr vom Dach ab. Es gibt jedoch viele Ausnahmen. Einige Wärmekollektoren sehen aus wie große, flache Kästen oder sind mit zylindrischen Tanks verbunden. Andere bestehen aus einer Reihe von großen Glasröhren. Zu den häufigsten Arten von Solarthermiekollektoren gehören:
• Thermische Flachkollektoren, die zum Heizen ausgelegt sind, sind typischerweise 4 to- bis 5″-dicke rechteckige Gehäuse mit Glasabdeckungen auf der Oberseite. Im Inneren des Gehäuses befindet sich eine geschwärzte Absorberfolie mit integrierten Durchgängen, durch die eine Flüssigkeit fließt, um die Sonnenwärme abzuleiten. Die erhitzte Flüssigkeit kann dann für Brauchwasser oder zur Raumheizung verwendet werden. Die Verrohrung verläuft durch das Kollektorgehäuse, so dass es an weitere Kollektoren sowie an das Vor- und Rücklaufnetz angeschlossen werden kann. Die Flüssigkeit, die durch den Kollektor zirkuliert, ist normalerweise Wasser oder Frostschutzmittel (Glykol) oder eine Kombination aus beiden.
• Vakuumröhrenkollektoren, ein neuerer thermischer Kollektortyp, besteht aus einer Reihe von Vakuumröhren mit jeweils eigenen Absorberplatten und -rohren. Flüssigkeit entzieht der Absorberplatte wie bei einem herkömmlichen Wärmekollektor Wärme. Der Einsatz von Vakuumröhrenkollektoren hat in den letzten Jahren zugenommen, doch machen sie heute noch einen kleinen Prozentsatz des Marktes aus.
• Unglasierte Wärmekollektoren werden typischerweise aus einem schwarzen Polymer extrudiert und umfassen eine Reihe von Rohren, durch die die zu erwärmende Flüssigkeit gepumpt werden kann. Unverglaste Wärmekollektoren eignen sich für Niedertemperaturanwendungen, wie sie zum Beispiel zum Beheizen von Schwimmbädern und Spas verwendet werden.
• Heißluftkollektoren sind in der Regel größer als Kollektoren, die Flüssigkeit erwärmen, und bedecken manchmal die gesamte Außenwand eines Gebäudes. Folglich werden sie häufiger in kommerziellen Anwendungen verwendet. Einige Heißluftkollektoren, auch „luftgekühlte“ Kollektoren genannt, sind verglast. Solche Kollektoren werden zur Raumheizung verwendet. Mit ihnen kann nicht viel schief gehen, denn Einfrieren und Überhitzen sind keine Probleme.
SO FUNKTIONIEREN SOLARSYSTEME
Elektrische Solarkollektoren wandeln Sonnenstrahlung direkt in Strom um, der sofort verwendet, in Batterien gespeichert oder in das Stromnetz eingespeist werden kann. Im letzteren Fall erhält der Hausbesitzer eine Gutschrift für das, was produziert wird, und senkt so seine Stromrechnung. Tatsächlich dient das Versorgungsunternehmen als Speicher für Strom, der in Zeiten des Tages produziert wird, in denen Sie ihn nicht benötigen. Das Netz ist auch als Backup für bewölkte Zeiten da, wenn Sie nicht viel Solarstrom produzieren.
Thermische Kollektoren wandeln Sonnenenergie in Wärme um. Strahlung trifft auf die Absorberplatte und Wärme wird durch Flüssigkeit oder Luft abgeführt. Bei Überhitzung flüssigkeitsgekühlter Systeme, wenn kein Wärmebedarf besteht, müssen Vorkehrungen getroffen werden. Bei Verwendung von Wasser müssen Vorkehrungen für das Einfrieren getroffen werden. Die Wärme kann sofort verwendet oder für eine spätere Verwendung gespeichert werden. Bei einer solaren Warmwasserbereitung speichert ein Speicher das Warmwasser. Bei Schwimmbädern fungiert das Becken als Speicher.
Bei der solaren Raumheizung kann die Wärme in großen Wassertanks oder in irgendeiner Art von Mauerwerk, einschließlich mit Stein gefüllten Behältern, gespeichert werden. Die erwärmte Luft kann ähnlich wie bei herkömmlichen Heizsystemen über Kanäle oder Rohre auf verschiedene Räume verteilt werden.
BESTE RENDITE FÜR INVESTITIONEN
Für Hausbesitzer, die eine Solaranlage installieren möchten, können verschiedene bundesstaatliche und staatliche Anreize zur Verfügung stehen. Welche Angebote in Ihrer Nähe verfügbar sind, erfahren Sie in der Database of State Incentives for Renewables & Efficiency (DSIRE).
Im Allgemeinen haben Anwendungen zur Warmwasserbereitung und Schwimmbadheizung die kürzesten Amortisationszeiten (5 bis 7 Jahre) und erfordern die geringsten Investitionen (3.000 bis 10.000 US-Dollar vor Anreizen). Installationen kosten weniger in Klimazonen, in denen Minustemperaturen kein Problem darstellen. Solarstromanlagen, die einen erheblichen Teil Ihres Strombedarfs decken würden, erfordern viel größere Investitionen, obwohl die Komponentenkosten in den letzten Jahren gesunken sind. Wenn dies während der Bauphase erfolgt, sind die Kosten deutlich geringer.
Leasingprogramme, sofern in Ihrer Nähe verfügbar, reduzieren auch die Kosten für die Installation eines Systems erheblich. Auch die solare Raumheizung erfordert eine hohe Investition, es sei denn, Sie möchten einfach nur ein oder zwei Räume auf der Südseite Ihres Hauses erwärmen.
Unabhängig davon, welche Art von Solarsystem Sie in Betracht ziehen, beginnen Sie jetzt mit dem Energiesparen. Es kostet viel weniger, das Licht auszuschalten, kürzer zu duschen und den Dachboden und die Wände zu isolieren, als eine Reihe von Sonnenkollektoren zu installieren!
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Anmerkung des Autors: Joe Provey ist nicht nur ein häufiger Autor von BobVila.com, sondern auch mit Everett M. Barber Co-Autor von Convert Your Home To Solar Energy (The Taunton Press, 2010).