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Solarenergie: Aufbau der unterschiedlichen Nutzungsarten
Wir verfügen über einen unbegrenzten Energielieferanten: die Sonne. Ihre Strahlen können uns (theoretisch) für alle Zeiten mit Strom und Wärme versorgen, wenn wir sie mit technischen Hilfsmitteln einfangen und speichern. Und das ist alles andere als Zukunftsmusik. Elektrische und thermische Solaranlagen liefern laut Statista in Deutschland schon heute 7,4 Prozent der gesamten Bruttostromerzeugung. Aber da geht noch viel mehr. Was du zum Thema Solarenergie, Aufbau, Unterscheidung der Typen sowie zum Nutzen von Solarzellen und Co. wissen musst, erklären wir dir hier.
Begriffserklärung zu Solarenergie: Aufbau und Nutzung
Zuerst etwas Grundsätzliches: Das allgemein gebrauchte Wort „Solarenergie“ ist ein bisschen ungenau und oft auch irreführend. Es wird nämlich allgemein für alle Nutzungsarten gebraucht, die uns die Sonne ermöglicht. Spricht man bei der Solarenergie über deren Aufbau und Nutzung, sollten jedoch zwei unterschiedliche Systeme voneinander getrennt werden:
- Photovoltaik: Hierbei wird die Sonnenenergie mithilfe von Solarzellen direkt in elektrische Energie – also in Strom – umgewandelt. Photovoltaikanlagen produzieren Gleichstrom. Damit du ihn zum Beispiel im Haushalt nutzen kannst, muss er in den bei uns gebräuchlichen Wechselstrom umgewandelt werden. Diese Aufgabe übernimmt der Wechselrichter. Wird ein Stromüberschuss produziert, kannst du diesen entweder gegen eine Vergütung in das öffentliche Stromnetz einspeisen oder mittels eines speziellen Solarstromspeichers für eine spätere Nutzung speichern. Um ausreichend Strom produzieren zu können, benötigt die Photovoltaik wesentlich mehr Dachfläche als eine Solarthermieanlage.
- Solarthermie: Dieses System kommt beim Erwärmen von Wasser und/oder als Heizmöglichkeit zum Einsatz. Solarkollektoren auf dem Dach nutzen die Sonnenenergie dazu, eine Trägerflüssigkeit zu erhitzen, die in einem angeschlossenen Rohrleitungssystem zirkuliert. Die Flüssigkeit wird an einen Wärmetauscher weitergeleitet. Dieser ist mit dem Warmwasserspeicher im Gebäude verbunden und sorgt dafür, dass die Wärme an das Nutzwasser abgegeben wird. Die abgekühlte Trägerflüssigkeit wird automatisch zu den Kollektoren zurückgeleitet und dort wieder erwärmt. Die Größe einer Anlage richtet sich zum einen nach der Anzahl der Personen, die in einem Haus mit Warmwasser versorgt werden sollen und zum anderen nach der zu beheizenden Fläche.
Solarenergie-Aufbau: Der Weg des Stroms vom Dach zur Steckdose
Verschiedene Teile sorgen dafür, dass die Sonnenenergie in für uns nutzbaren Strom umgewandelt werden kann. Dazu gehören:
- Montagegestell: Dieses stellt nicht nur sicher, dass die einzelnen Solarmodule auch bei Sturm fest an ihrem Platz bleiben: Da der Wirkungsgrad der Module abnimmt, wenn sie zu warm werden, hält das Gestell auch einen ausreichenden Abstand zum eigentlichen Dach ein, sodass eine gute Belüftung und damit Abkühlung stattfinden können.
- Solarmodule: Sie werden besonders in Privathäusern in der Regel auf dem Dach montiert. Solarmodule setzen sich aus einzelnen Solarzellen zusammen. Dabei gibt es unterschiedliche Ausführungen, wie beispielsweise monokristalline Module, polykristalline Module, Dünnschichtmodule und als neueste Entwicklung auch Module mit organischen Solarzellen, die unterschiedlich viel Strom erzeugen. Entscheidend für die Leistung ist auch die Anzahl der montierten Solarmodule.
- Solarkabel: Der Strom, den jedes Modul erzeugt, fließt zunächst in spezielle Solarkabel. Sie sollten so montiert werden, dass sie einen möglichst kurzen Weg haben, damit beim Transport der erzeugten Energie keine Leitungsverluste entstehen. Ihre Aufgabe besteht schließlich darin, den Gleichstrom an den Wechselrichter weiterzuleiten.
- Wechselrichter: Dieses Bauteil wandelt den Gleichstrom aus den Solarmodulen fast ohne Verluste in nutzbaren Wechselstrom um. Er ist nicht nur nötig, um in deinem Haus Licht zu haben oder die Haushaltsgeräte in Betrieb nehmen zu können. Der Wechselrichter hat einen hohen Wirkungsgrad, kann jedoch die zu viel produzierte Menge Strom auch ins öffentliche Netz einspeisen, das ebenfalls Wechselstrom benötigt. Darum wird er oft als Netzeinspeisegerät bezeichnet. Für den Strom, den du dem Netz zur Verfügung stellst, erhältst du als Anlagenbetreiber Geld.
- Stromzähler: Um die produzierte Menge an Energie exakt messen zu können, benötigt du zusätzlich einen Stromzähler. Er registriert genau, wie viel Strom erzeugt wurde und welche Menge du selbst verbraucht beziehungsweise ins öffentliche Stromnetz weitergeleitet hast.
- Solarstromspeicher. Als Alternative zum Stromzähler gibt es den Solarstromspeicher. Wie der Name schon verrät, ist er in der Lage, einen Stromüberschuss für einen späteren Verbrauch zu speichern.
Solarenergie: Aufbau einer Solarthermieanlage
Vom Grundsatz her hat eine Solarthermieanlage einen ganz ähnlichen Aufbau wie die Photovoltaikanlage. Allerdings ist die benötigte Dachfläche zur Erzeugung von warmem Wasser beziehungsweise zum Heizen in der Regel wesentlich kleiner.
- Montagegestell: Auch die Solarthermieanlage benötigt zunächst ein Montagegestell. Es ist kleiner als das für eine Photovoltaikanlage, erfüllt aber den gleichen Zweck, nämlich die Befestigung der Solarkollektoren.
- Solarkollektoren: Sie sammeln direkte und auch diffuse Sonnenstrahlen und wandeln die Energie in Wärme um.
- Solarrohre: Die Wärme wird in spezielle Solarrohre eingespeist. Sie verbinden alle Bauteile zum Solarheizkreis. Um einem Wärmeverlust vorzubeugen, sollten sie gut gedämmt sein, denn in ihnen befindet sich die Trägerflüssigkeit.
- Trägerflüssigkeit: Meist wird hierfür entweder reines Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel verwendet.
- Solarspeicher: Die Flüssigkeit transportiert die Wärme von den Solarkollektoren zunächst zum Solarspeicher. Er speichert die Wärme, die der Haushalt gerade nicht benötigt.
- Wärmetauscher: Wird nun Wärme gebraucht, gibt der Speicher sie mittels der Trägerflüssigkeit weiter an den Wärmetauscher. Dieser erwärmt das Trink- bzw. Brauchwasser mithilfe der Trägerflüssigkeit. Ein normales Rohrleitungssystem versorgt – je nach Modell der Solarthermieanlage – entweder die Wasserhähne im Haus oder zusätzlich auch die Heizungsanlage.
Das Wissen rund um die Solarenergie und dem Aufbau der unterschiedlichen Anlagen lohnt sich
Für Strom aus der Photovoltaikanlage, den du ins öffentliche Stromnetz einspeist, gibt es die sogenannte Einspeisevergütung. Sie kann je nach Typ der Anlage und des Gebäudes bis zu 10 Cent pro kWh betragen. Für die Neuanschaffung einer Solaranlage oder die Nachrüstung eines bestehenden Energiesystems kannst du verschiedene Förderprogramme, zum Beispiel von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW), nutzen.
