Solare Heizsysteme: Analyse der Technologien für die Heizungsinstallation auf Basis von Solaranlagen

Die Frage nach alternativen Wärmequellen wird immer dringlicher. Dazu tragen die steigenden Preise für Gas, Kohle und Öl bei. Eine vielversprechende Richtung sind solare Heizsysteme, die Räume über viele Jahre effizient beheizen können.

Denken Sie über die Einrichtung einer Solaranlage nach, haben aber Zweifel und Fragen? Wir helfen Ihnen zu verstehen, wann es sinnvoll ist, Sonnenenergie zum Heizen zu nutzen, und beschreiben mögliche Optionen für die Heizungsorganisation. Außerdem geben wir Anleitungen zum Bau eigener Solaranlagen – für Flach- und Röhrenkollektoren.

Sonnenenergie – eine alternative Wärmequelle

Die Idee, Sonnenenergie zum Heizen zu nutzen, ist nicht neu. Darüber hinaus ist die Zweckmäßigkeit ihrer Anwendung von Amerikanern, Chinesen, Spaniern, Israelis und Japanern nachgewiesen worden.

Der Markt ist reich an Angeboten verschiedener Anlagen zur Umwandlung von Sonnenenergie und deren anschließender Nutzung für Haushaltszwecke.

Solarthermische Systeme werden in vielen Ländern der Welt aktiv als Hauptwärmequelle genutzt. In unseren Breitengraden werden sie derzeit als Ergänzung zum Heizsystem eingesetzt.

Die Kosten der Systeme hängen von deren Typ, der Fläche und dem verwendeten Herstellungsmaterial ab. Jahr für Jahr ist ein beständiger Trend zu Preisrückgängen bei allen Arten von Solaranlagen – Solarthermieanlagen – festzustellen.

Dies macht sie für breite Bevölkerungsschichten erschwinglicher. Jedoch ist bislang nicht jeder Interessierte zu einer solchen Anschaffung bereit.

Dafür kann man, mit etwas Geschick, eine effiziente Solarheizung selbst bauen und dabei merklich weniger Geld ausgeben.

Das gewohnte Heizsystem, das viele Jahre lang einwandfrei funktioniert hat, wird immer teurer. Schuld daran ist die weltweite Verteuerung der Energieressourcen. Der natürliche Wunsch des Eigentümers ist es, bei der Heizung zu sparen, die einen erheblichen Teil des Familienbudgets verschlingt.

So kann eine Solarheizung ein gewohntes Festbrennstoff-, Gas- oder jedes andere System vollständig ersetzen. Alles hängt von der Art und Größe des Raumes ab, in dem sie eingesetzt wird.

Eine für ein Getreidesilo geeignete Variante eignet sich nicht für ein Wohnhaus, und ein System, das den Bedarf einer Datsche deckt, kann ein zweistöckiges Herrenhaus nicht beheizen.

Ein vollständiger Ersatz der traditionellen Heizung durch eine Solarheizung ist manchmal problematisch. Der Eigentümer befürchtet, dass das System versagen könnte oder dass physisch nicht genügend Platz für die Montage der erforderlichen Anzahl von Paneelen vorhanden ist.

Daher wird häufig ein Hybridheizsystem genutzt, ohne auf die vorhandene Gas- (Elektro- oder andere) Anlage gänzlich zu verzichten. Der Substitutionsgrad der herkömmlichen Heizung durch Solarenergie kann 90 % erreichen.

Auch die jährliche Anzahl der Sonnentage am Standort der Wohnung ist von großer Bedeutung. Die durchschnittliche Tagestemperatur ist hingegen weniger wichtig. Viele Anlagen absorbieren an frostigen Wintertagen effektiv Licht (Sonnenkollektoren, die Frostschutzmittel als Wärmeträger verwenden).

Neben der Heizung kann eine Solaranlage das Haus auch mit Warmwasser und Strom versorgen.

Wo eine Solaranlage am effektivsten ist

Bei der Frage des Austauschs der Heizung durch eine Solaranlage sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen, die deren Effizienz beeinflussen.

Zunächst muss der Typ der Solaranlage richtig ausgewählt werden. Dabei sind die Raumfläche und der Verwendungszweck zu berücksichtigen. Meistens handelt es sich um ein Einfamilienhaus, in dem eine Familie mit 4–5 Personen lebt.

Zweitens sollten die Wärmebedarfe auf Basis des maximalen Verbrauchs in der kalten Jahreszeit sorgfältig berechnet werden. Vergleichen Sie diese Werte mit der Energiemenge, die 1 m² der Solaranlage erzeugt. Dann muss die Fläche der Solarkonstruktion berechnet werden, die die Beheizung des jeweiligen Raums bewältigen kann.

Der erhaltene Wert wird zum Hauptfaktor bei der Standortbestimmung der Anlage. Meist bevorzugen Hausbesitzer das Dach oder die Hauswand. Seltener wird das Grundstück oder die Garage genutzt. Manchmal werden spezielle Halterungen für die Installation der Anlage angefertigt.

Die Herstellung spezieller Halterungen für die Montage von Solaranlagen ermöglicht eine möglichst bequeme Platzierung auf dem Grundstück.

Wichtig ist, dass nichts das ungehinderte Eindringen der Sonnenstrahlen auf die lichtabsorbierende Oberfläche behindert. Zu wählen ist die Süd-, Südost- oder Südwestwand oder ein Teil des Daches.

Nach der Festlegung, wo die Solarmodule platziert werden, ist eine vorbereitende Vorbereitung des Hauses erforderlich:

• Platz schaffen. Überflüssige Bepflanzungen entfernen, wenn sie stören.
• Das Dach verstärken. Dabei darf nicht vergessen werden, welches Gewicht die geplante Konstruktion haben wird.
• Das Gebäude zusätzlich dämmen. Schließlich ist es sinnlos, die Straße zu heizen.

Drittens muss die Frage geklärt werden: Heizsystem kaufen oder selbst bauen. Das hängt von den finanziellen Möglichkeiten und der Bereitschaft ab, Zeit in die Herstellung der Konstruktion zu investieren.

Wenn man sich für die zweite Option entscheidet, muss man das Funktionsprinzip des jeweiligen Systems verstehen, um alles richtig zusammenzubauen.

Mögliche Varianten der solaren Heizungsinstallation

Die Optionen für den Bau einer Solarheizung hängen ganz von den Wünschen des Hausbesitzers ab:

• Verwendung von Fabrikprodukten. Kauf fertiger Kollektoren mit eigenständiger Installation und Montage.
• Errichtung eines Pilotprojekts.  Es dient dazu, die Wirkung des Systems zu testen, um später präzise Berechnungen durchführen zu können.
• Selbstständige Durchführung des gesamten Arbeitszyklus.  Berechnung, Planung, Aufbau einer Solaranlage von Grund auf und deren Installation.

Variante Nr. 1. Sie beinhaltet die Wahl des richtigen Standorts für die Solaranlagen, denn davon hängt die Effizienz ihrer Nutzung ab. Für die Montage sind außerdem spezielle Fähigkeiten erforderlich.

Die Anzahl der Paneele muss nicht berechnet werden – es reicht aus, dem Gerätelieferanten alle Wünsche mitzuteilen. Außerdem müssen die Rückfragen der Manager beantwortet werden – die Auswahl der optimalen Anzahl von Paneelen (Kollektoren) erfolgt dann problemlos.

Für die Montage einer Solaranlage in Eigenregie auf dem Dach benötigt man die Unterstützung mindestens eines Helfers. Allein wird man diese Arbeit nicht bewältigen können.

Variante Nr. 2 – Errichtung eines Pilotprojekts. Sie ist die optimale Lösung für zögernde Personen. Denn die endgültige Entscheidung für einen Austausch der Heizungsanlage ist schwer sofort zu treffen. Einen kleinen Sonnenkollektor (Luft- oder Wasser-) zu bauen und ihn „in Aktion“ zu testen, wird eine nützliche Erfahrung sein.

Wenn man die tatsächlichen Herstellungskosten bewertet, sie mit den Marktpreisen vergleichbarer Systeme vergleicht und die Einsparungen durch die Nutzung im Haushalt berechnet, wird es einfach sein, eine verantwortungsvolle Entscheidung zu treffen.

Variante Nr. 3 – Wahl der wahren Meister.

Für eine vollwertige Beheizung des Objekts ist eine enorme Arbeit erforderlich:

• Die benötigte Fläche der Solaranlage berechnen.
• Den zukünftigen Montageort bestimmen und verstärken.
• Das Haus zusätzlich dämmen.
• Alle Elemente für den Bau des Systems beschaffen.
• Errichten Sie ein Solarmodul.
• Die errichtete Anlage installieren, wobei die grundlegenden Anforderungen zu beachten sind – der Neigungswinkel relativ zum Einfall der Sonnenstrahlen.

Die Durchführung des gesamten Arbeitszyklus für die Einrichtung des Systems kann nicht als einfache Aufgabe bezeichnet werden, aber der Prozess ist äußerst spannend. Zudem ermöglicht er, eine recht ansehnliche Summe zu sparen.

Bei der Wahl des Heizungstyps, der Solarenergie nutzt, sollte man entscheiden, ob sie auch zum Erhitzen von Wasser und zur Stromerzeugung genutzt werden soll (zum Vergrößern klicken)

Arten von Anlagen zur Umwandlung von Sonnenenergie

Je nach Funktionsprinzip werden zwei Arten von Vorrichtungen unterschieden, die Sonnenlicht absorbieren:

• Photovoltaikmodule. Sie bestehen aus Systemen von in Reihe oder parallel geschalteten Halbleiterelementen. Diese liefern Strom für den Betrieb von Haushaltsheizgeräten.
• Sonnenkollektoren. Paneele mit einem System von Rohren, die mit einem Wärmeträger gefüllt sind: Luft, Frostschutzmischung oder Wasser. Sie liefern den von der Sonne erwärmten Wärmeträger in den Heizkreislauf.

Betrachten Sie jede Option einzeln.

Solarbatterien

Ein Solarmodul wandelt absorbiertes Licht in elektrische Energie um. Es besteht aus Fotozellen (meist Silizium), die aus der Sonnenstrahlung sofort Gleichstrom gewinnen können.

Eine solche Anlage kann zur Stromversorgung von elektrischen Heizgeräten genutzt werden. Sie muss an das Stromversorgungssystem des Hauses angeschlossen werden.

Der Wirkungsgrad der Umwandlung von Sonnenstrahlung dieser Anlage liegt je nach Typ des Geräts zwischen 5 % und 20 %. Die Leistung von 1 m² Solarmodul beträgt 120 W.

Es bleibt zu berechnen, wie viele Quadratmeter Fläche benötigt werden, um den Bedarf des jeweiligen Haushalts zu decken, basierend auf der Größe des Hauses, dem individuellen Wärmebedarf und dem Dämmniveau der Konstruktionen.

Solarmodule lassen sich am bequemsten auf dem Dach des Hauses anordnen, wobei man dafür die Südseite wählt.

Für die Heizung sind Solarmodule am effektivsten in südlichen Regionen einzusetzen. Ihr Hauptnachteil ist die verminderte Effizienz in der Dämmerung und bei bewölktem Wetter sowie der vollständige Ausfall bei Nacht.

Um ein Solarmodul selbst zu bauen, müssen Sie zunächst einen Rahmen zusammenbauen, die Solarzellen anlöten, anschließend alles sorgfältig einlegen und Dichtmittel verwenden.

Für die Herstellung des Rahmens werden Holzleisten und Aluminiumwinkel verwendet. Es hängt alles von der Größe der zu bauenden Konstruktion und ihrem Aufstellungsort ab. Die Solarzellen – Siliziumplatten – sind der teuerste Teil der Konstruktion. Es gibt monokristalline und polykristalline. Erstere sind etwas teurer, aber ihre Leistung ist um 5% höher.

Sie selbst herzustellen ist unmöglich. Fotovoltaik-Wandler sollten Sie besser bereits mit angelöteten Leitern kaufen.

Sie sind auf eine Unterlage aus Hartfaserplatte zu legen, dann im Rahmen zu befestigen, die Drähte von den Elementen nach außen zu führen und alle Öffnungen mit Dichtmittel zu füllen. Lassen Sie die Konstruktion gut trocknen und decken Sie sie mit einer Glasscheibe oder durchsichtigem Kunststoff ab.

Die Montagepläne und Anschlussmöglichkeiten von Solarmodulen werden in diesem Artikel beschrieben.

Sonnenkollektoren

Eine grundlegend andere Art der Umwandlung des absorbierten Lichts bieten Kollektoren. Grundlage ihrer Funktionsweise ist ein Wärmeträgermedium, das durch Rohre fließt.

Je nach Bauweise lassen sich drei Haupttypen von Kollektoren unterscheiden, die am häufigsten für den Bau einer Solarheizungsanlage verwendet werden:

• Flachkollektoren. Der Wärmeempfänger – der Absorber – besteht aus Blech mit einer geschwärzten Außenfläche. Beim Erhitzen überträgt er die Energie auf das Wärmeträgermedium des Heizsystems.
• Vakuumkollektoren. Die Vakuumröhrenkollektoranlage ist nach dem Thermoskannenprinzip aufgebaut, wodurch die von der Sonne gewonnene Wärme fast doppelt so gut erhalten bleibt.
• Konzentratoren. Das Gerät ist mit einem konkaven Spiegelteil mit großer Oberfläche ausgestattet, das das Sonnenlicht auf eine kleine Fläche des Absorbers fokussiert.

Die im Haushalt am weitesten verbreiteten Solaranlagen sind mit einem Rohrsystem ausgestattet, das aus parallel geschalteten Elementen oder einem Rohrschlangensystem besteht. Die Rohre werden entweder mit Brauchwasser oder einer Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel oder Luft gefüllt.

Wenn Sie die Hauptteile der Solaranlage visualisiert haben, fällt es leichter zu entscheiden, wo die einzelnen Komponenten am besten platziert werden sollten (+)

Die Luftanlage kann als zusätzliche Wärmequelle genutzt werden. Sie ist nicht in der Lage, ein Haus unabhängig von der Region vollständig mit Wärme zu versorgen. Das Hauptmerkmal dieser Art von Solarsystem ist die Luft, die als Wärmeträger fungiert.

Röhrensysteme werden recht aktiv für die ganzjährige Heizung eingesetzt. Das Frostschutzmittel oder eine Frostschutzmittelmischung wird durch Sonnenstrahlen erwärmt, fließt dann durch die inneren Wärmetauscherrohre und wird anschließend in den Speicherbehälter geleitet.

Die Bewegung der Flüssigkeit wird durch eine Pumpe angeregt, dank der sie aus dem Tank in das Heizsystem gelangt. Das erwärmte Kühlmittel verdrängt den abgekühlten Teil der Flüssigkeit, der dann wieder zum Kollektor zurückkehren und sich erhitzen muss.

Das Funktionsprinzip eines Flachkollektors basiert auf dem Eindringen von Sonnenlicht in die Platte, in der sich der Wärmeabsorber befindet. Dieser erwärmt sich und strahlt Wärme ab, die auf die Flüssigkeit übertragen wird, die durch die Metallrohre (meist Kupfer) zirkuliert.

Was Sie selbst bauen können

Eine solarbetriebene Heizung mit Luftkollektor können Sie selbst bauen. Am besten platzieren Sie sie an der Südwand des Gebäudes.

Je größer die zu beheizende Fläche, desto größer ist die Fläche, die der Kollektor einnimmt – möglicherweise die gesamte Hauswand. Auch auf dem Dachboden kann dieses Solarsystem installiert werden.

Wenn Sie eine Luftheizung auf dem Dachboden installieren möchten, müssen Sie sicherstellen, dass dieser das Gewicht der Anlage tragen kann (+)

Der die Luftmasse erwärmende Sonnenkollektor erfüllt seine Heizfunktion durch die im System zirkulierenden Luftströme. Das Wärmeträgermedium zirkuliert im Kreislauf, kühlt ab und gelangt wieder in das System. Die Bewegung der Luftströme kann natürlich oder mit einem Ventilator erfolgen.

Was die Materialien für den Bau eines Luftkollektors betrifft, können verschiedene Alltagsgegenstände verwendet werden. Es gibt keine einheitliche Regel.

Heimwerker verbessern diese Art von Solarsystem, das zu Hause gebaut wird. Manche streben eine günstigere Variante an und opfern dabei die Effizienz, andere wiederum machen es umgekehrt.

Wenn Sie die Hauptelemente eines Luftkollektors verstanden haben, fällt die Entscheidung über den Installationsort – Dach oder Wand – leichter (+)

Sehen wir uns die grundlegenden Methoden an.

Besonderheiten der Installation einer Röhren-Solaranlage

Ein Röhren-Solarsystem zum Heizen kann in verschiedenen Regionen eingesetzt werden. Es ist unabhängig von der Außentemperatur. Wichtig ist, dass die Anlage möglichst viel Sonnenlicht erhält.

Das als Wärmeträger verwendete Frostschutzmittel gefriert bei niedrigen Temperaturen nicht. An klaren Wintertagen übersteigt die Menge des Sonnenlichts die im Sommer einfallende Lichtmenge.

Ein Röhren-Solarkollektor besteht aus einem System von miteinander verbundenen transparenten Vakuumröhren. In ihnen befindet sich eine Substanz mit niedrigem Siedepunkt. Beim Sieden verdampft sie, gibt ihre Wärme an die Kupferspitze ab und fließt wieder nach unten, wo der Vorgang von neuem beginnt.

Vakuumröhren aus feuerfestem Glas sind im Inneren mit einer Substanz gefüllt, die bei niedriger Temperatur zum Sieden gebracht werden kann (+)

Vakuumröhren absorbieren bis zu 90 % der gesamten Sonnenstrahlung (sichtbar und infrarot). Die in Wärme umgewandelte Sonnenenergie gelangt zum Wärmeträger. Dieser überträgt die Energie weiter im System – an den Wärmetauscher, der sich in einem speziellen Speichertank befindet.

Die Bewegung des Wärmeträgers und des Wassers im Heizsystem erfolgt durch Pumpen. Wichtig ist, dass der Tank gut isoliert ist. In der Regel gibt es zwei Wärmetauscher: einer ist mit einem zusätzlichen Heizgerät verbunden, der andere mit den Kollektoren.

In Häusern mit dieser Art von Solaranlagen ist es vorteilhaft, zusätzlich eine Fußbodenheizung anzuschließen. Dadurch kann das Gebäude effizienter beheizt werden.

Was die Montage von Röhrenkollektoren betrifft, so kann diese selbst durchgeführt werden. Einzig der Arbeitsneigungswinkel ist zu beachten – er sollte mindestens 20° betragen.

Ein Röhren-Solarkollektor wird auf dem Dach in der sonnigsten Richtung angebracht. Wichtig ist, dass sich in der Nähe keine hohen Gebäude befinden, die das ungehinderte Eindringen des Sonnenlichts behindern.

Eine Vakuumanlage kann man nicht selbst bauen – Vakuumröhren können nicht im Haushalt hergestellt werden. Dies geschieht in Fabriken, die auf die Herstellung von Vakuum-Solarsystemen spezialisiert sind.

Flachkollektoranlage

Häufig wird für die Heizung ein Flachkollektor verwendet.

Für seinen Bau werden benötigt:

• Metallrahmen;
• stabiler Boden;
• eine Schicht Wärmedämmung;
• eine schwarze Schicht zur Absorption von Sonnenstrahlung (Absorber);
• transparente Abdeckung – Kunststoff, Glas;
• Rohre für die Flüssigkeit (Kupfer, Aluminium).

Die Konstruktion muss mit Ein- und Auslassstutzen und einer Pumpe für eine effiziente Flüssigkeitszirkulation ausgestattet werden.

Eine Flachkollektor-Solaranlage kann man selbst zusammenbauen. Dazu werden oft vorhandene Materialien verwendet, wobei günstigere Materialien als Alternative gewählt werden (+)

Ein Flachkollektor kann in jedem Winkel installiert werden, Voraussetzung ist, ihn von Schnee und Staub zu reinigen. Er eignet sich besonders gut für warme Klimazonen.

In der kalten Jahreszeit ist eine geringe Leistungsfähigkeit und ein hoher Wärmeverlust zu beobachten. Dies stellt den alleinigen Einsatz dieser Solaranlage zur vollständigen Beheizung in Frage. Optimal ist es, eine Flachkollektor-Solaranlage zusammen mit einer Gas-, Elektro- oder Festbrennstoffheizung zu verwenden.

Wir empfehlen Ihnen, sich mit den Artikeln über den Selbstbau von Solarheizsystemen vertraut zu machen:

1. Wie man einen Sonnenkollektor für die Heizung selbst baut – eine Schritt-für-Schritt-Anleitung
2. Wie man eine Solarbatterie selbst baut: Methoden zur Montage und Installation eines Solarmoduls

Noch einmal zur Zweckmäßigkeit

Es ist vorteilhaft, für die Heizung statt der üblichen Energiequellen Solarenergie zu nutzen. Je nach gewähltem Solarsystemtyp kann die Einsparung beim Verbrauch bezahlter Wärme bis zu 100% betragen.

Eine Möglichkeit der vollständigen Umstellung des Heizsystems ist die Verwendung von Vakuumröhrenkollektoren. Dies ist ein recht kostspieliges Projekt in der Anfangsphase. Später kann es vollständige Energieunabhängigkeit gewährleisten und sich innerhalb von 6-8 Jahren amortisieren.

Der Einfallsreichtum von Heimwerkern kennt keine Grenzen – als Labyrinth für die Flüssigkeitszirkulation im Kollektor kann ein gewöhnlicher Schlauch verwendet werden.

Die Lebensdauer von Solaranlagen beträgt bis zu 25 Jahre. Sie erfordern wenig Wartung – regelmäßige Reinigung der Oberflächen von Schnee, Staub und Schmutz. Was Reparaturen betrifft, können diese in Eigenregie durchgeführt werden. Ein wesentlicher Nachteil: Flachkollektoren und Solarmodule reagieren empfindlich auf Hurrikane.

Eine solche Heizung ist sicher für die Bewohner des Hauses und die Umwelt. Sie ist völlig kostenlos und unabhängig von Wechselkursen und Energiepreisen.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Das Video zeigt den Prozess des selbstständigen Baus eines Solarmoduls:

Anschauungsmaterial zum Bau einer Luftheizungsanlage:

Technologie zur Herstellung einer Flachkollektor-Solaranlage in Eigenregie:

Solaranlagen bzw. Solarheizsysteme haben sich weltweit bewährt. Sie ermöglichen es, Wärme kostenlos zu gewinnen und die Kosten für die Bezahlung der Heizungsnebenkosten um mindestens 30% zu senken.

Es ist möglich, die Energiequellen im eigenen Heizsystem vollständig durch Solarenergie zu ersetzen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil: Eine Solaranlage kann in Eigenregie gebaut werden.

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