Im Gegensatz zu Photovoltaikanlagen, die Sonnenenergie in Strom umwandeln, wandeln aktive Solarthermieanlagen sonnenerwärmte Flüssigkeit in Raumwärme und Warmwasser um. Systeme bestehen aus elektrischen Pumpen, Ventilatoren, komplexen Steuerungen, Speichertanks und Kollektoren.
Zwei Arten von Kollektoren sammeln Sonnenstrahlen: Flachkollektoren und Vakuumröhren. Flat-Plate ist der häufigere Typ und gibt es schon länger. Vakuumröhre ist eine neuere Konstruktion.
Ein Flachkollektor besteht aus einem isolierten, wasserdichten Metallkasten. Die Oberseite ist der Sonne zugewandt und hat eine Glas- oder Kunststoffabdeckung, die wie ein Gewächshaus wirkt, die Strahlen einlässt und die Wärme hält. Im Inneren der Box befinden sich eine speziell beschichtete, dunkle Absorberplatte und Rohre mit zirkulierendem Medium. Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus einer dunklen Absorberplatte und parallelen Reihen von Vakuumröhren, die alle mit einem Sammelrohr verbunden sind. Röhrendesigns umfassen Glas, Glas-Metall und Glas mit Flüssigkeitsströmungswegen.
Absorberplatten enthalten typischerweise lange Metallstreifen, die mit einer speziellen Beschichtung bedeckt sind. Neue Technologien produzieren heute hocheffiziente Beschichtungen. Die absorbierte Strahlung erwärmt das zirkulierende Medium.
Bedenken bezüglich des Sonnensystems
Flachkollektoren haben ein einfaches, robustes Design. Dieses Design ermöglicht es ihnen jedoch, Wärme durch Konvektion und Strahlung zu verlieren. Windlasten, die die Wärme abführen können, müssen berechnet werden.
Vakuumröhren können auch an bewölkten Tagen betrieben werden. Sie verwenden etwas zerbrechliches Glas - denken Sie an eine isolierte, vakuumversiegelte Flasche. Sie können jedoch einige Probleme haben, bei denen sich Schnee oder Eis ansammeln und entfernt werden müssen. Probleme kann es auch geben, wenn Bruch oder Beschädigung das wichtige Vakuum zerstören oder durch Wärmestau bei nicht ausreichender Saugkraft des Systems.
Kollektoren können offene oder geschlossene Typen sein. In Open-Loop-Systemen wird Haushaltstrinkwasser durch den Kollektor gepumpt. Bei längerer Frostperiode muss der Kollektor entleert werden oder ein Drain-Back-System verwendet werden. Offene Systeme sind zwar effizient, können jedoch Korrosionsprobleme haben, wenn hartes Wasser Komponenten beschädigt.
In geschlossenen Systemen fließt eine frostschutzähnliche Lösung durch einen Wärmetauscher, der in der Nähe des Solarwarmwasserbereiters des Hauses montiert ist. Ein geschlossener Kreislauf kann während des Wärmeaustauschprozesses etwas an Effizienz verlieren und es ist eine gewisse Wartung der Flüssigkeit erforderlich.
Anforderungen an das Solarsystem
Bei der Auswahl einer Solaranlage müssen Hausbesitzer wissen, wie viel Sonnenenergie ihrem Haus zur Verfügung steht, ein Begriff, der als „Solarkonstante“ bekannt ist. Andere Überlegungen sind der Breitengrad eines Hauses; verfügbare Fläche für den Kollektor, Bäume oder Gebäude, die Kollektoren beschatten würden; der Standort des Kollektors und wie stark er vom magnetischen Süden abweicht; und der Abstand vom Kollektor zum Solarspeicher.
In bestimmten Breitengraden ist die Strahlung im Winter und im Sommer aufgrund des Winkels der Sonne zur Erde ziemlich unterschiedlich. Sogar die Neigung der Flächen, auf denen die Solarmodule platziert werden, muss überprüft werden, da die Neigungswinkel und Ausrichtungen zwischen den Standorten erheblich variieren. Die meisten Solarmodule werden auf Dächern montiert und der Winkel wird durch den Dachwinkel vorgegeben. Winkel, die größer als das Optimum sind, verringern die Effizienz.
Die Dachfläche eines Hauses ist möglicherweise nicht einmal nach Süden ausgerichtet oder nicht stark genug, um das System zu unterstützen. Wenn Dachflächen nicht funktionieren, können Hausbesitzer auch Außenwände, freistehende oder Bodensysteme in Betracht ziehen.
Ein weiterer Faktor ist die Hausheizung. Solarthermische Anlagen eignen sich gut für Fußbodenheizungen und Heizkessel mit Warmwasserheizkörpern. Umluftsysteme mit Wärmetauscher funktionieren, verlieren aber an Effizienz. Sonnenkollektoren decken oder unterstützen jedoch den Warmwasserbedarf für einen Haushalt.
In nördlichen Klimazonen mit sehr kalten Temperaturen oder langem bewölktem Himmel wird ein Backup-System benötigt. Ein Haus, das zugig ist und keine Energieeffizienz aufweist, braucht Unterstützung. Auch der Komfort von Haushaltsmitgliedern – insbesondere älteren Mitgliedern, die eine höhere Thermostateinstellung bevorzugen – muss im Auge behalten werden. Kreditgeber und Bauvorschriften können auch ein Backup-System erfordern.
Mögliche Einschränkungen
Informieren Sie sich über lokale Codes oder Vereinbarungen, die Optionen einschränken können. Einige Gemeinden haben Einwände gegen Systeme erhoben, die Seitenhöfe, rechtswidrige Höhenerhöhungen auf Dächern, Verstöße gegen historische Bezirksvorschriften und übermäßige Dachlasten blockieren.
Kosten können ein Faktor sein. Um eine Solaranlage wirtschaftlich zu gestalten, sollte sie die meiste Zeit des Jahres genutzt werden und im Sommer nicht stillstehen. Ein ganzjähriger Warmwasserbetrieb verbessert die Wirtschaftlichkeit der Anlage.
Ein System funktioniert am besten für ein Budget, wenn es 40 bis 80 Prozent des Heizbedarfs eines Hauses decken kann. Wirtschaftlich sinnvoll ist ein aktives System, das weniger als 40 Prozent des Wärmebedarfs eines Hauses deckt.
Vergleichen Sie beim Kauf eines Systems zertifizierte Solarkollektorgeräte, indem Sie die Bewertungsaufkleber der Solar Rating and Certification Corporation überprüfen.
Die Kosten für ein aktives Solarheizsystem variieren stark und teilweise durch den Wettbewerb auf dem Markt. In Wisconsin zum Beispiel, wo es wenig Konkurrenz gibt, kostet ein Vakuumrohrsystem für die Warmwasserbereitung nur in einem Einfamilienhaus zwischen 9.000 und 12.000 Dollar.