So funktionieren Solarthermie-Kollektoren
Ein Leitfaden zu Solarwärmesystemen
Während Unternehmen ihren Übergang zur Netto-Null-Bilanz beschleunigen, bleibt eine Herausforderung besonders schwer zu bewältigen: die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung. Während bei der Stromerzeugung durch Wind- und Solarenergie rasante Fortschritte erzielt wurden, macht die Wärmeversorgung nach wie vor etwa die Hälfte des weltweiten Energieverbrauchs und einen erheblichen Anteil der CO₂-Emissionen aus.
Hier spielen solarthermische Kollektoren und Solarwärmesysteme eine wichtige Rolle. Im Gegensatz zu herkömmlichen Photovoltaikmodulen, die Strom erzeugen, nutzen solarthermische Kollektoren die Sonnenenergie, um nutzbare Wärme für Gebäude und industrielle Prozesse zu erzeugen. Diese Systeme kommen zunehmend in gewerblichen und industriellen Anwendungen zum Einsatz, um solarerwärmtes Warmwasser bereitzustellen, die solare Raumheizung zu unterstützen und die Abhängigkeit von Heizsystemen auf Basis fossiler Brennstoffe zu verringern.
Für Unternehmen, die im Rahmen ihrer Dekarbonisierungsstrategie erneuerbare Wärmetechnologien in Betracht ziehen, ist es unerlässlich zu verstehen, wie innovative solarthermische und Solar-PVT-Anlagen funktionieren und wie sie die Leistung verbessern.
Was sind Solarthermie-Kollektoren?
Solarthermische Kollektoren sind so konzipiert, dass sie Sonnenlicht aufnehmen und in Wärme umwandeln. Diese Wärme wird dann über eine Arbeitsflüssigkeit, in der Regel ein Wasser-Glykol-Gemisch, in einen Wärmetauscher geleitet. Von dort wird die Wärme in einen Warmwasserspeicher bzw. einen Wärmespeicher übertragen, aus dem Endkunden Warmwasser für die Warmwasserversorgung (Brauchwasser), die Raumheizung und sogar für industrielle thermische Prozesse entnehmen können.
Solarthermische Anlagen gehören zu den etabliertesten Formen der erneuerbaren Wärmetechnologie und werden seit Jahrzehnten weltweit eingesetzt. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur wächst die weltweit installierte Leistung im Bereich der Solarthermie weiter, da Regierungen und Organisationen nach kohlenstoffarmen Heizlösungen suchen.
Solarthermische Kollektoren werden in der Regel auf Dächern installiert; sie können aber auch als Freiflächenanlagen und in manchen Fällen an Gebäudefassaden angebracht werden, wo sie die Sonneneinstrahlung optimal nutzen können.
Zu den gängigen Anwendungsbereichen gehören:
• Gewerbliche Solarwarmwassersysteme für Hotels, Krankenhäuser und Freizeitzentren zur Beheizung von Schwimmbädern
• Solarwärmeanlagen für Fernwärmenetze
• Solarunterstützung für die Raumheizung in großen Gebäuden
• Prozesswärme für die Fertigung sowie die Lebensmittel- und Getränkeherstellung
Solarthermische Anlagen bieten im Vergleich zu herkömmlichen Heiztechnologien einen hohen Wirkungsgrad und erhebliche CO₂-Einsparungen.
So funktionieren Solarthermieanlagen
Im Grunde funktionieren solarthermische Anlagen nach einem einfachen Prinzip: Sie sammeln Sonnenenergie, wandeln sie in Wärme um und leiten diese dorthin, wo sie benötigt wird.
1. Gewinnung von Solarenergie
Solarthermische Kollektoren nehmen das Sonnenlicht über eine spezielle Absorberoberfläche auf. Diese Oberfläche ist so konzipiert, dass sie möglichst viel Sonnenstrahlung einfängt und gleichzeitig den Wärmeverlust minimiert.
Der Absorber gibt Wärme an eine zirkulierende Flüssigkeit ab, die durch die Rohre im Kollektor fließt.
2. Wärmeübertragung
Die erwärmte Flüssigkeit wird durch einen geschlossenen Kreislauf zu einem Wärmetauscher gepumpt. Diese Komponente leitet die gewonnene Wärme an das Wasserversorgungs- oder Heizungssystem des Gebäudes weiter.
In Solarwarmwassersystemen beispielsweise erwärmt der Wärmetauscher das in isolierten Speichertanks gespeicherte Brauchwasser.
3. Wärmespeicherung
Viele Solarwärmesysteme verfügen über Wärmespeicher, in denen Warmwasser für Zeiten gespeichert wird, in denen keine Sonneneinstrahlung vorhanden ist. So können Gebäude auch am Abend oder in Zeiten geringerer Solarstromerzeugung, d. h. in den Herbst- und Wintermonaten, weiterhin von Solarwärme profitieren. Dies kann kostengünstiger sein als die Speicherung von Strom aus Photovoltaikanlagen in Batterien.
4. Wärmeverteilung
Die gespeicherte Wärme kann dann für verschiedene Zwecke genutzt werden, darunter:
• Warmwasser
• Solarraumheizung über Heizkörper oder Fußbodenheizung
• Prozesswärme in der Industrie
• Vorwärmen von Wasser für Heizkessel
Durch die Entlastung herkömmlicher Heizsysteme können solarthermische Kollektoren den Brennstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen erheblich senken.
Arten von Solarthermiekollektoren
In gewerblichen Anlagen kommen verschiedene Arten von Solarthermie-Kollektoren zum Einsatz, die jeweils für unterschiedliche Klimabedingungen und Temperaturanforderungen geeignet sind.
Flachkollektoren:
Flachkollektoren (FPCs) gehören zu den gängigsten Bauformen. Sie bestehen aus einer flachen Absorberplatte, die von einem isolierten Gehäuse mit transparenter Abdeckung umschlossen ist.
Aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und ihres relativ einfachen Aufbaus finden sie breite Anwendung in solarbetriebenen Warmwassersystemen in Wohn- und Geschäftsgebäuden.
Vakuumröhren-Solarthermie: VirtuHOT
Vakuumröhrenkollektoren verfügen über Absorber, die von einer Vakuumschicht umgeben sind. Das Vakuum reduziert den Wärmeverlust erheblich, sodass diese Systeme bei höheren Temperaturen effizient arbeiten können.
Aufgrund dieser Bauweise werden Vakuumröhrenkollektoren häufig in kälteren Klimazonen oder bei Anwendungen eingesetzt, die eine höhere Wärmeleistung erfordern.
Solar-PVT-Kollektoren: VirtuPVT
Eine neuere Innovation im Bereich der erneuerbaren Wärmetechnologie ist die Entwicklung von Solar-PVT-Kollektoren (Photovoltaik-Thermik-Kollektoren).
Diese Hybridsysteme erzeugen sowohl Strom als auch Wärme über dieselbe Kollektorfläche, wodurch sich der Energieertrag pro Quadratmeter Dachfläche deutlich erhöht.
Solar-PVT-Anlagen sind besonders attraktiv für Gewerbegebäude, bei denen die Dachfläche begrenzt ist und sowohl der Strom- als auch der Wärmebedarf hoch sind. Weitere Informationen zu den Vorteilen von Solar-PVT finden Sie bei unserem Produkt VirtuPVT.
Warum erneuerbare Wärme für die Netto-Null-Bilanz wichtig ist
Die Wärmeversorgung ist weltweit eine der größten Quellen für CO₂-Emissionen. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur entfallen rund 50 % des weltweiten Endenergieverbrauchs auf die Wärmeversorgung.
Ein Großteil dieser Wärme wird nach wie vor mit fossilen Brennstoffen wie Erdgas und Erdöl erzeugt.
Für gewerbliche und industrielle Endkunden ist die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung oft schwieriger als die Umstellung der Stromversorgung, da Wärme im Gegensatz zu Strom nicht über große Entfernungen transportiert werden kann, ohne dass dabei erhebliche Wärmeverluste entstehen. Daher müssen Lösungen für erneuerbare Wärme sehr nahe am Verbrauchsort oder direkt dort installiert werden.
Technologien zur Nutzung erneuerbarer Wärmequellen wie solarthermische Anlagen bieten mehrere Vorteile:
• Direkter Ersatz fossiler Wärmequellen am Verbrauchsort
• Langfristig geringere Energiekosten
• Geringere CO₂-Emissionen
• Verbesserte Energieeffizienz von Gebäuden
Für Organisationen mit ehrgeizigen Nachhaltigkeitszielen können Solarthermieanlagen neben ihren bestehenden Heiztechnologien, wie beispielsweise Wärmepumpen, eine wichtige Rolle spielen.
Die Rolle der hybriden Solarthermie
Herkömmliche Solarthermie-Kollektoren dienen ausschließlich der Wärmeerzeugung. Hybrid-Solarthermie-Technologien erweitern jedoch das Leistungsspektrum der Solarenergie.
SolarPVT-Kollektoren vereinen thermische und elektrische Energieerzeugung in einem einzigen System.
Dieser Ansatz bietet mehrere Vorteile:
• Höhere Energiedichte: Hybridsysteme liefern sowohl Wärme als auch Strom aus derselben Fläche und maximieren so die Energieerzeugung auf dem Dach.
• Verbesserte Photovoltaikleistung: Durch die Ableitung von Wärme aus den PV-Zellen können Solar-PVT-Anlagen so ausgelegt werden, dass sie bei niedrigeren Temperaturen als herkömmliche Solar-PV-Anlagen betrieben werden und somit einen höheren elektrischen Wirkungsgrad erzielen.
• Bessere Nutzung der Dachfläche bei Gewerbegebäuden: Bei Gewerbegebäuden steht oft nur eine begrenzte Dachfläche für Solaranlagen zur Verfügung. Dank Solarkollektoren mit hoher Energiedichte können Unternehmen mehr Energie erzeugen, ohne die Grundfläche der Anlage vergrößern zu müssen.
Diese Vorteile machen hybride Solar-PVT-Anlagen für Geschäftsgebäude, Hotels, Freizeitzentren, Krankenhäuser und Industrieanlagen immer attraktiver.
Solarthermie in Gewerbe- und Industriegebäuden
Solarthermische Anlagen eignen sich besonders gut für Gebäude mit einem konstanten Wärmebedarf.
Zu den typischen gewerblichen Bereichen, in denen Solarthermieanlagen mittlerweile zum Einsatz kommen, gehören:
• Gastgewerbe (Hotels und Resorts)
• Gesundheitseinrichtungen
• Freizeitzentren und Schwimmbäder
• Lebensmittelverarbeitungsbetriebe
• Brauereien und Brennereien
• Fernwärmenetze
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Diese Gebäude benötigen große Mengen an Warmwasser und Prozesswärme, weshalb solarthermische Kollektoren eine effektive Technologie zur Erzeugung erneuerbarer Wärme darstellen.
In vielen Fällen kann die Solarthermie einen erheblichen Teil des jährlichen Wärmebedarfs decken und dabei mit bestehenden Heiztechnologien wie Gasheizkesseln oder modernen Wärmepumpen kombiniert werden.
Für Organisationen, die Netto-Null-Strategien verfolgen, sind solarthermische Anlagen zudem ein sichtbarer Beweis für ihr Engagement für nachhaltige Energie.
Integration von Solarthermieanlagen
Unser Virtu Technologie ist die ideale eigenständige und ergänzende Lösung für Kunden, die ihre thermischen Prozesse dekarbonisieren möchten.
Solarthermische Anlagen können als ideale Technologie dienen, wenn sie mit Wärmepumpen kombiniert werden, um Wasserwärmepumpen vorzuwärmen, oder mit Absorptionskältemaschinen für Kaltwassersysteme. Unsere Anlagen lassen sich zudem nahtlos in bestehende gasbefeuerte Anlagen wie Heizkessel und Blockheizkraftwerke integrieren, wodurch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert und die CO₂-Emissionen für industrielle, gewerbliche und private Nutzer deutlich gesenkt werden.
Wir verfolgen einen ganzheitlichen Systemansatz und sorgen dafür, dass das maximale Systempotenzial durch intelligente Steuerungen und Wärmespeicher ausgeschöpft wird, wobei wir die praktischen Gegebenheiten der Anlage berücksichtigen.
Die Zukunft der Solarwärmesysteme
Angesichts der zunehmenden weltweiten Bemühungen um eine Dekarbonisierung gewinnen Technologien zur Erzeugung von Wärme aus erneuerbaren Energien zunehmend an Bedeutung.
Regierungen in ganz Europa und im Vereinigten Königreich ergreifen Maßnahmen zur Unterstützung der Netto-Null-Ziele, während Unternehmen unter zunehmendem Druck stehen, ihre betrieblichen Emissionen zu senken.
Es wird erwartet, dass Solarthermie und Technologien wie Solar-PVT-Kollektoren bei diesem Wandel eine immer wichtigere Rolle spielen werden.
Dank höherer Energiedichte, verbesserter Systemintegration und der Fähigkeit, sowohl Strom als auch Wärme zu liefern, können Solarthermieanlagen der nächsten Generation die Effizienz gewerblicher Solaranlagen erheblich steigern.
Für Unternehmen, die nach praktischen Lösungen zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung suchen, bieten Solarthermie-Kollektoren einen bewährten und skalierbaren Weg, um Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig die Energieversorgungssicherheit zu verbessern.
Fazit
Solarthermische Kollektoren gehören nach wie vor zu den effektivsten und bewährtesten Methoden, um Sonnenenergie für Heizzwecke zu nutzen. Durch die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlung in nutzbare Wärme bieten solarthermische Anlagen eine hocheffiziente Technologie zur Erzeugung erneuerbarer Wärme für Gewerbe- und Industriegebäude. Weitere Informationen hierzu finden Sie auf Solar Heat Europe.
Von Solarwarmwassersystemen bis hin zu groß angelegten Solarwärmesystemen zur Unterstützung industrieller Prozesse – diese Technologien helfen Unternehmen dabei, ihre CO₂-Emissionen zu senken und ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.
Mit dem Aufkommen von hybriden Solar-PVT-Kollektoren und Solarkollektoren mit hoher Energiedichte gewinnt die Solarenergie in Gebäudeenergiesystemen weiter an Bedeutung. Da Unternehmen weiterhin Netto-Null-Strategien verfolgen, werden solarthermische und hybride Solartechnologien zu immer wichtigeren Instrumenten für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung und den Aufbau einer nachhaltigeren Energiezukunft.
