6. Activity Woche: Sonnenenergie - Photovoltaik & Solarthermie

Im Sonnenland Österreich bietet neue Solaranlagentechnik eine lohnende Nutzung von Sonnenenergie für Wärme und Strom. Bei der Auswahl der Anlage soll neben dem Augenmerk auf optimale Effizienz und höchste Qualität auch der ästhetische Aspekt nicht zu kurz kommen.

 

Grundlagen und Nutzen von Photovoltaik:

1 m² Photovoltaik liefert  rund 100 bis 140 kWh Strom pro Jahr.

Um den Primärenergiefaktor für Strom zu reduzieren, ist im Gebäudesektor vor allem der Einsatz von Photovoltaik zu empfehlen. Hierbei kann der durch die Photovoltaikanlage erzeugte Strom entweder selbst genutzt oder in das allgemeine Stromnetz eingespeist werden. Während bei der netzautarken Photovoltaikanlage mittels Laderegler der Strom in Batterien gespeichert wird, arbeiten netzgekoppelte Anlagen etwas anders. Bei diesen wird der Strom der Photovoltaikanlage über einen Wechselrichter von Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt, welcher über einen Einspeisezähler direkt in das Stromnetz eingespeist wird.

Komponenten einer Photovoltaikanlage

Die wesentlichen Bestandteile einer Photovoltaik-Anlage sind:

  • Solarmodule
  • Wechselrichter
  • Laderegler (nur bei netzautarken Anlagen mit Batterien)

 

Solarmodule

Leistung oder Spannung eines einzelnen Solarmoduls sind für den Betrieb der üblichen Verbraucher im Allgemeinen nicht ausreichend. Daher  werden mehrere Solarmodule hintereinander und parallel geschaltet, um höhere Leistungen und Spannungen zu erzielen. Solarmodule können mit verschiedenen Solarzellen gebaut werden. Dabei wird zwischen monokristallinen, polykristallinen und amorphen Solarzellen unterschieden. Je heißer die Solarmodule werden, umso schlechter wird ihr Wirkungsgrad Dachintegrierte Anlagen haben deshalb in der Regel einen schlechteren Wirkungsgrad, da  aufgrund der Einbausituation eine größere Überhitzung entstehen kann. Neben der Temperatur spielt auch die Ausrichtung der Solarmodule eine wesentliche Rolle für den solaren Ertrag. Bei der Wahl der richtigen Ausrichtung sind oft lokale Gegebenheiten von großer Bedeutung. Bei relativ flach aufgestellten Modulen ist die Ausrichtung kaum relevant. Es macht keinen großen Unterschied, ob die Module exakt nach Süden ausgerichtet sind oder ob sie von dieser idealen Ausrichtung bis zu einem gewissen Grad abweichen. Je steiler die Solarmodule aufgestellt werden , umso entscheidender ist die Südausrichtung für den Ertrag.

Wechselrichter

Für den Betrieb einer netzgekoppelten Solaranlage benötigt man einen Wechselrichter, der den von den Solarmodulen gelieferten Gleichstrom in einen netztauglichen Wechselstrom umwandelt.

Laderegler

Wird eine Photovoltaikanlage netzautark betrieben und soll die elektrische Energie in Batterien zwischengespeichert werden, so bedarf es eines Ladereglers, der das Auf- und Entladen der Batterien regelt.

Planungshinweise zu Photovoltaik Anlagen

Die gute Planung der Photovoltaik Anlage garantiert elektrischen Strom zur Eigenversorgung und darüber hinaus zur Einspeisung das örtliche Stromnetz. Die Planung der Anlage gepaart mit dem richtigen Strommanagement erlaubt eine optimale Nutzung des Stroms aus Sonnenenergie.

Den größtmöglichen Ertrag erzielt man bei einer Ausrichtung nach Süden und einer Neigung von ca. 30 Grad, wobei Abweichungen den Ertrag nur unwesentlich reduzieren. Viel wichtiger ist, dass keine Abschattungen den Einfluss der Sonne stören. Bei guter Ausrichtung und professioneller Anlagenplanung kann ein jährlicher Stromertrag von ca. 900 - 1.100 kWh erwartet werden.

Das geeignete Berechnungsprogramm hilft beim Auffinden der optimalen Auslegung der PV-Anlage, die die Voraussetzung für den effizienten Einsatz derAnlage darstellt.. Die Projektierunge und nac hfolgende Umsetzung der Anlagen als Freiflächenaufstellung sollte weitgehend vermieden werden. Als optimale Lösung haben sich in der Praxis Anlagen herausgestellt, die mit dem Gebäude oder Nebengebäuden wie Carports etc. in Verbindung stehen (Dachintegration, Fassadenintegration, Aufständerung auf Flachdächern).

Nachfolgende Tipps haben sich für die optimale Installation einer Solaranlage bewährt:

  • Speicherdämmung verbessern Eine um rund 10 cm dickere Dämmung des Solarspeichers reduziert die Wärmeverluste in der Größenordnung von 5 bis 7% des jährlichen Solarertrags.
  • Kollektorflächen integrieren In die Dachhaut oder in die Fassade bündig integrierte Kollektoren haben geringere Wärmeverluste durch die Rückwand. Die Anschlussleitungen sind meist kürzer und in die schützende Dachhülle integriert. Derartige Anlagen liefern einen rund 3 bis 6% höheren jährlichen Solarertrag.
  • Schnee auf den Kollektoren ist meistens kein Thema Der Minderertrag durch schnee-bedeckte Kollektoren beträgt in Mittellagen rund 1 bis 4%, in Höhenlagen (über 1.000 m) rund 5 bis 8%.
  • Sonderkonstruktionen vermeiden Die Mehrkosten für konstruktive Maßnahmen (wie z.B. Aufständerungen, Montage in die Balkonbrüstung oder im Garten) stehen fast immer in einem schlechteren Verhältnis zum erziehlbaren solaren Mehrertrag. Sie rechnen sich fast nie.
  • Solarertrag berechnen lassen Mit einem Simulationsprogramm kann ihr Installateur schnell Variantenvergleiche rechnen und die Unterschiede der Solarerträge ermitteln. Fragen Sie ihn nach Kosten der produzierten Kilowattstunde Solarenergie.

 

Grundlagen und Nutzen von Solarthermie

Eine thermische Solaranlage hat den Vorteil, dass der Großteil des Wärmebedarfs für die Warmwasserbereitung gedeckt ist. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Solaranlage bei entsprechender Größe auch in den Heizkreis einzubinden. Ein weiterer Vorteil einer Solaranlage besteht darin, dass sie mit jedem Heizsystem sinnvoll kombinierbar ist. Der Einsatz von Brennstoffen sowie der Schadstoffausstoß können je nach Größe der Solaranlage und abhängig vom erzielbaren solaren Deckungsgrad um 20 bis 50 Prozent reduziert werden. Der Warmwasserwärmebedarf ist natürlich stark vom Verhalten der Bewohner abhängig (Geschirrspülen, Händewaschen, Kopfwäsche, Duschen, Wannenbad) und ist dadurch Schwankungen unterlegen. Berechnet wird der Warmwasserwärmebedarf nach unterschiedlichen Methoden. Eine gut geplante thermische Solaranlage kann bei ausschließlicher Unterstützung der Wassererwärmung einen Deckungsgrad von 60 % oder höher erreichen. Soll mit der Solaranlage zusätzlich auch die Heizungsanlage unterstützt werden, dann sollte ein solarer Deckungsgrad von mindestens 25 % des Warmwasser- und Heizenergiebedarfs angestrebt werden. Ein Warmwasseranschluss für Geschirrspül- und Waschmaschine ermöglicht eine Reduzierung des Primärenergiebedarfs, indem statt Strom die optimierte, evtl. von einer thermischen Solaranlage unterstützte zentrale Warmwasserbereitung genutzt wird. Der Nutzungsgrad der Solaranlage erhöht sich durch diese Maßnahme. Zu beachten bei den aufgezählten Anforderungen sind natürlich stets die lokalen Bestimmungen wie beispielsweise länderspezifische Bautechnikverordnungen oder auch Vorgaben, die sich durch die Wohnbauförderungen ergeben.

Die wesentlichen Komponenten einer thermischen Solaranlage sind:

  • Solarkollektor
  • Solarspeicher
  • Pumpengruppe
  • Regelung
  • Wärmeträgermedium

 

Ermittlung der Kollektorfläche für Solarwärme

Zur Ermittlung und Dimensionierung der Kollektorfläche ist die Berücksichtigung folgender Faktoren erforderlich:

  • Brauchwasserverbrauch
  • Kollektortyp
  • Gewünschter solarer Deckungsgrad am Brauchwarmwasserbedarf
  • Klimatische Bedingungen am Standort
  • Neigung und Ausrichtung des Kollektor

Für die solare Warmwasserbereitung wird empfohlen, eine nahezu 100 %ige solare Deckung über die Sommermonate anzustreben. In der Folge ist es überflüssig, den Heizkesse für die Nachheizung (schlechter Wirkungsgrad) während dieser Monate in Betrieb zu nehmen. Für die Dimensionierung der Kollektorfläche ist daher eine solare Jahresdeckung des Brauchwassers von ca. 70 % das Ziel.

Quellen:

www.klimaaktiv.at/dms/klimaaktiv/publikationen/bauen-sanieren/qualitaetslinien/photovoltaik/Merkblatt_Photovoltaik.pdf www.klimaaktiv.at/dms/klimaaktiv/publikationen/bauen-sanieren/qualitaetslinien/solarwaerme/Merkblatt_Solarwaerme.pdf

Bildquelle: Fotoservice des BMLFUW (UBA/Gröger & Alexander Haiden)