Wie funktioniert ein Sonnenkollektor? Wie funktionieren Solaranlagen?

✅ Was ist ein Sonnenkollektor und wie funktioniert er? Wie funktionieren Solaranlagen?

Sonnenkollektoren sind Geräte zur Gewinnung von Wärmeenergie aus der Sonne. Es scheint, dass der größte Boom bereits hinter ihnen liegt und dass das Interesse der Menschen mehr in Richtung Photovoltaik-Module übergegangen ist. Es stellt sich jedoch heraus, dass sich Photovoltaik heute langsamer amortisiert (dies ist mit dem neuen Abrechnungssystem für die in das Stromnetz eingespeiste Energie verbunden) - weshalb Sonnenkollektoren, umgangssprachlich als Solaranlagen bezeichnet, wieder zum Gegenstand des Interesses geworden sind. Übrigens ist der Besitz von Solaranlagen keine Alternative zu PV-Modulen und schließt sie nicht aus - beide Systeme können sich hervorragend ergänzen. Über diese und einige andere Aspekte von Sonnenkollektoren, ihre Funktionsweise und Rentabilität sprechen wir in diesem Artikel.

Sonnenkollektoren vs. Photovoltaik-Module (PV)

Zunächst ist zu betonen, dass viele Laien Sonnenkollektoren mit Photovoltaik-Modulen, also PV, verwechseln. Beide Geräte nutzen Sonnenenergie - jedoch sind ihre Konstruktion, Funktionsweise und der Zweck der Installation völlig unterschiedlich.

Ein Sonnenkollektor wird installiert, um Sonnenenergie aufzufangen und an Wasser weiterzuleiten, um es zu erwärmen. Dadurch werden Sonnenkollektoren bzw. Solaranlagen zur Erwärmung von Brauchwarmwasser (BWW) verwendet. Seltener werden sie auch zur Erwärmung des Wassers in der Zentralheizung (ZH) eingesetzt, und das eher unterstützend.

Photovoltaik-Module hingegen sind elektrische Geräte. Es handelt sich um Module, die Photovoltaikzellen enthalten, welche unter dem Einfluss von Sonnenstrahlen Strom erzeugen. Der elektrische Strom wird dann - dank Geräten, die als Wechselrichter bezeichnet werden - auf die Spannung im Haus, also 220-240V, angepasst. Dieser elektrische Strom kann anschließend für jeden beliebigen Zweck verwendet werden.

✅ Zusammenfassend - Sonnenkollektoren dienen zur Erwärmung von Wasser, während Photovoltaik-Module zur Erzeugung von elektrischem Strom dienen.

Was ist besser – Photovoltaik oder Sonnenkollektoren?

✅ Was soll man wählen? Photovoltaik oder Sonnenkollektoren? Oder vielleicht beides – PV und Solaranlagen?

Eine Zeit lang bevorzugten die meisten Menschen PV-Module. Schließlich erzeugen Photovoltaikzellen Strom, also Energie, die für alles genutzt werden kann: für die Wärmepumpe, den Herd, den Wasserkocher, die Waschmaschine oder die Klimaanlage. Im Notfall auch zum ... Erwärmen von Wasser, z. B. mit Hilfe eines Heizstabs. Warum also Sonnenkollektoren, wenn die sogenannte PV-Anlage viel vielseitiger ist? Leider hat sich nach der Änderung des Abrechnungssystems die Rentabilität von PV-Anlagen erheblich verringert, es sei denn, wir sprechen von Personen, die die Module vor der Änderung des Abrechnungssystems installiert haben und nach den alten Regeln abrechnen.

Dazu kommt ein Thema, über das immer noch wenig gesprochen wird – es besteht jedoch ein real von Fachleuten aus der Energiebranche bestätigtes Risiko einer möglichen Überlastung des Netzes im Land. Das passiert bereits. Unser veraltetes Energiesystem war nicht auf die rasante Entwicklung der Photovoltaik (die schnellste in Europa) in den letzten Jahren vorbereitet. Die Leistung kleiner Kraftwerke allein auf den Dächern privater Haushalte überstieg bereits einige Jahre nach 2020 die Leistung des Kraftwerks in Bełchatów (und dies beinhaltet nicht einmal PV-Anlagen von Unternehmen und Solarparks). Uns erwartet dasselbe Problem auf nationaler Ebene, mit dem bereits Länder wie Deutschland konfrontiert sind, denn die große Anzahl kleiner Anlagen in verschiedenen Gemeinden macht eine Modernisierung des Energiesystems im ganzen Land und dessen ständige Erweiterung erforderlich, die in fast ganz Europa vernachlässigt wurde.

In dieser Situation scheint eine zusätzliche Absicherung in Form eines traditionellen Sonnenkollektors zur Warmwasserbereitung sinnvoll zu sein. Wahrscheinlich jedoch eher als Ergänzung zur PV-Anlage denn als Alternative.

Aufbau des Sonnenkollektors – Wie ist eine Solaranlage aufgebaut?

✅ Wie sind Sonnenkollektoren aufgebaut?

Der Aufbau eines Sonnenkollektors kann je nach Modell variieren, doch alle folgen demselben Funktionsprinzip, sodass die Konstruktion ähnlich sein muss. Die Hauptelemente, die jede Solaranlage enthalten muss, sind: der Absorber und die Rohre.

Was ist der Absorber in Solaranlagen?

Der Absorber ist im Grunde das Hauptelement der Solaranlagen, das die Sonnenwärme aufnimmt. Am häufigsten bestehen Absorber aus Kupfer oder Aluminium.

Der Absorber ist tatsächlich eine Oberfläche, die mit einer speziellen Beschichtung versehen ist, die die Fähigkeit zur Wärmeabsorption erhöht. Wenn Sonnenstrahlen auf den Absorber treffen, erwärmt er sich, und diese Wärme wird an die durch den Kollektor strömende Flüssigkeit weitergeleitet. Diese Flüssigkeit ist einfach Wasser, das auf diese Weise erhitzt wird. Um jedoch vollständige Informationen zu geben, sei hinzugefügt, dass es in der Regel nicht nur Wasser ist, sondern eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel (sogenanntem Glykol), um ein Einfrieren des Kollektors im Winter zu vermeiden. Diese Flüssigkeit wird dann weitertransportiert, um die Wärme an das Brauchwarmwasser (BWW) zu übertragen.

Rohre des Sonnenkollektors

Die Rohre der Sonnenkollektoren sollen die Wärme vom Absorber aufnehmen und in das System transportieren, normalerweise in den Warmwasserspeicher, um das Wasser zu erhitzen.

Gehäuse der Kollektoren

Zusätzlich zu diesen beiden Elementen verfügen Sonnenkollektoren über einige weniger charakteristische Teile. Natürlich hat jeder Sonnenkollektor auch ein Gehäuse, das den Kollektor vor Wärmeverlust nach außen schützt (damit mehr Wärme auf das BWW übertragen wird). Es ist in der Regel gut isoliert.

Die gesamte Konstruktion ist mit gehärtetem Glas bedeckt. Das Material ist so ausgewählt, dass es beständig gegen Wetterbedingungen ist, einschließlich extremer Bedingungen wie Hagel, aber gleichzeitig die Wärmeabsorption nicht behindert.

Wie funktioniert ein Sonnenkollektor? Funktionsprinzip

✅ Was ist das Funktionsprinzip eines Sonnenkollektors?

Wenn man den Aufbau kennt, versteht man im Grunde auch das Funktionsprinzip eines Sonnenkollektors und kann sich vorstellen, wie er funktioniert. Die Arbeitsweise von Solaranlagen ist äußerst einfach. Die Flüssigkeit, die sich in den Rohren befindet, wird durch die Sonneneinstrahlung stark erhitzt und erreicht sehr hohe Temperaturen. Diese erhitzte Flüssigkeit fließt in den Warmwasserspeicher (BWW), und jetzt muss diese Wärme nur noch auf das Wasser im Speicher übertragen werden, das von den Bewohnern genutzt wird.

Da sich in den Rohren Wasser mit Frostschutzmittel befindet, kann diese Lösung nicht direkt in den Speicher gelangen. Sie fließt durch den Wärmetauscher des Speichers, erhitzt das Wasser, vermischt sich jedoch nicht damit. Der gesamte Prozess verläuft zyklisch, und der Kreislauf des heißen Wassers aus den Solaranlagen wird durch eine Umwälzpumpe erzwungen.

Was tun, wenn der Speicher keinen Wärmetauscher hat? Der Plattenwärmetauscher für Solaranlagen

Es kommt manchmal vor, dass der Speicher keinen freien Wärmetauscher hat, an den wir den Solarkreislauf anschließen könnten. Ältere Speicher haben oft nur einen einzigen Wärmetauscher, der in der Regel bereits an die Hauptwärmequelle angeschlossen ist (für diesen Artikel sei es der Heizkessel). Was dann? Muss man den Speicher austauschen?

Eine Lösung ist der Austausch des Speichers gegen einen neuen, der über zwei Wärmetauscher verfügt. Dies ist jedoch nur dann sinnvoll, wenn der aktuelle Speicher ohnehin bald ausgetauscht werden müsste. Wenn es sich hingegen um einen guten und "gesunden" Warmwasserspeicher handelt, lohnt es sich nicht, ihn zu entfernen. Statt eine große Summe für den Austausch des Speichers auszugeben, ist es besser, einfach einen Plattenwärmetauscher für Solaranlagen zu kaufen, der nicht mehr als 100-150 Euro kostet. Mit dessen Hilfe kann man gewissermaßen einen weiteren Kreislauf an den Warmwasserkreislauf des Heizkessels "anfügen".

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Anordnung auf dem Dach – Wo werden Sonnenkollektoren montiert?

Ähnlich wie bei Photovoltaik-Modulen spielt auch hier die richtige Ausrichtung und der passende Neigungswinkel eine entscheidende Rolle. Es geht natürlich darum, die Kollektoren an einem Ort mit hoher Sonneneinstrahlung zu platzieren – daher empfiehlt sich eine Montage auf der Südseite des Dachs. Wenn die Dachstruktur keine genaue Südausrichtung ermöglicht, können auch Südwest- oder Südostausrichtungen in unseren klimatischen Bedingungen gut funktionieren.

Neigungswinkel der Kollektoren auf dem Dach

Auch hier gilt ähnlich wie bei PV-Modulen: Der Neigungswinkel der Kollektoren beeinflusst die Effizienz der Wärmeabsorption. Bei Solaranlagen gibt es jedoch eine zusätzliche Komplexität, da viele Experten verschiedene Neigungswinkel für den Sommer und den Winter empfehlen. Interessanterweise gibt es weltweit Systeme, die den Neigungswinkel je nach Jahreszeit automatisch und wartungsfrei anpassen. Allerdings wäre ein solches System für ein Einfamilienhaus nicht wirtschaftlich.

☑️ Im Sommer liegt der optimale Neigungswinkel des Kollektors bei etwa 30°.

☑️ Im Winter beträgt der optimale Neigungswinkel der Solaranlagen etwa 60°. Dies sorgt auch dafür, dass sich der Schnee bei schneereichen Wintern leichter von den Kollektoren entfernen kann.

✅ Daher erscheint es optimal, die Kollektoren auf einen Winkel von etwa 40° auszurichten. In den meisten Fällen sollte man die Kollektoren nicht auf Winterbedingungen ausrichten, da das Brauchwasser im Winter ohnehin durch die Hauptwärmequelle (Heizkessel, Wärmepumpe usw.) erwärmt wird. Natürlich kann man sich unter bestimmten Bedingungen auch für andere mittlere Winkel, wie z. B. 45°, entscheiden, die ebenfalls gut funktionieren.

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