Die Sonne liefert uns täglich ein enormes Energiepotential, das in Deutschland den Primärenergieverbrauch um das Achzigfache übersteigt. Diese Energiequelle ist praktisch unerschöpflich und steht uns auch in den nächsten Jahrmillionen zur Verfügung.
Fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdgas oder Erdöl sind dagegen nur begrenzt vorhanden. Die nächsten Generationen werden nicht mehr uneingeschränkt auf sie zurückgreifen können, so daß die Sonne zweifellos die Energie der Zukunft darstellt.
Um die negativen 
  Auswirkungen der Verbrennung fossiler Energieträger auf die Umwelt einzudämmen, 
  müssen wir jedoch schon heute die Nutzung der Sonnenenergie beschleunigen. Solaranlagen 
  zur Warmwasserbereitung Für die Nutzung der Sonnenenergie zur Warmwasserbereitung 
  ergeben sich günstige Voraussetzungen, da der Warmwasserbedarf eines Haushaltes 
  über das Jahr annähernd konstant ist.Es besteht dadurch eine größere Übereinstimmung 
  zwischen Energiebedarf und solarem Energieangebot als bei der Nutzung zur Raumheizung. 
  Warmwasserbedarf und Sonneneinstrahlung.
  
  Mit einer richtig dimensionierten Anlage kann man jährlich 50 % bis 65 % des 
  Warmwasserbedarfs mit Sonnenenergie decken. Im Sommer kann meistens der gesamte 
  Bedarf an Warmwasser über die Solaranlage bereitgestellt werden.Dann kann die 
  kon-ventionelle Heizanlage ganz abgeschaltet werden. Das ist besonders vorteilhaft, 
  weil sie in diesem Zeitraum wegen des wegfallenden Heizbedarfs nur mit einem 
  niedrigen Nut-zungsgrad arbeitet. Man kann die angebotene Sonnenenergie noch 
  besser nutzen, wenn anstatt der herkömmlichen Geräte, Waschmaschinen und Geschirrspüler 
  mit Warmwasseranschluß zum Einsatz kommen. 
  
  Monatlicher solarer Deckungsanteil (Jahreswert: 65 o/o) Solaranlagen zur Warmwasserbereitung 
  zeichnen sich durch eine einfache Anlagentechnik aus und sind technisch ausgereift. 
  Mittlerweile gibt es eine große Anzahl von Solar-Fachfirmen, die über langjährige 
  Erfahrung bei der Anlagenplanung und -montage verfügen. Sie bieten für die unterschiedlichsten 
  Anforderungen eine breite Palette an Anlagenkonzepten an. 
  
  Wie funktioniert eine thermische Solaranlage? 
  
  Herzstück einer thermischen Solaranlage ist der Kollektor. Ein Flachkollektor, 
  die am weitesten verbreitete Bauform eines Kollektors, besteht aus einem selektiv 
  beschichteten Absorber, der zur Absorption der einfallenden Sonnenstrahlung 
  und ihrer Umwandlung in Wärme dient. Zur Minimierung von thermischen Verlusten 
  wird dieser Absorber in einen wärmegedämmten Kasten mit transparenter Abdeckung 
  (meistens Glas) eingebettet.Der Absorber wird von einer Wärmeträgerflüssigkeit 
  (üblicherweise ein Gemisch aus Wasser und ökologisch unbedenklichem Frostschutzmittel) 
  durchströmt, die zwischen Kollektor und Warmwasserspeicher zirkuliert. 
  
  Thermische Solaranlagen werden über einen Solarregler in Betrieb genommen. Sobald 
  die Temperatur am Kollektor die Temperatur im Speicher um einige Grad übersteigt, 
  schaltet die Regelung die Solarkreis-Umwälzpumpe ein und die Wärmeträgerflüssigkeit 
  transportiert die im Kollektor aufgenommene Wärme in den Warmwasserspeicher. 
  Die konventionelle Heizung gewährleistet über den Ladekreis, daß auch dann ausreichend 
  warmes Wasser zur Verfügung steht, wenn die Solaranlage keine oder zu wenig 
  Nutzenergie liefert. Solaranlagen lassen sich problemlos in die Gebäudetechnik 
  inte-grieren. Damit ergänzt eine moderne thermische Solaranlage, die mit mindestens 
  20 Jahren die Lebensdauer eines Heizkessels übertrifft, die konventionelle Heiztechnik 
  ideal. 
  
  Aktiver Umweltschutz 
  
  Mit der Installation einer thermischen Solaranlage trägt man aktiv zu einer 
  Verringerung der klimaschädlichen C02 -Emissionen bei. Eine Solaranlage hat 
  gegenüber konventionellen Warmwasserbereitungssystemen eine eindeutig positive 
  C02-Bilanz. C02 -Emissionen von Heizsystemen bei der Produktion von 3.500 kWh/a 
  (entspricht ei-nem Warmwasserbedarf eines Vier- bis Fünfpersonenhaushalts) und 
  einem solaren Deckungsanteil von 65 % Um übermäßige C02-Emissionen zu vermeiden, 
  sollten Sie darauf achten, daß keine elektrischen Heizanlagen zum Einsatz kommen. 
  Ökologisch optimal ist dagegen der Einsatz einer Solaranlage kombiniert mit 
  rationeller Energietechnik (moderne Brennwertkessel) bei einem möglichst niedrigen 
  Energieverbrauch. Die energetische Amortisationszeit einer thermischen Solaranlage 
  (Zeitspanne, bis die Solaranlage soviel Ener-gie erzeugt hat, wie zu ihrer Herstellung 
  benötigt wurde) beträgt zwischen einem halben und zweieinhalb Jahren. Im Gegensatz 
  dazu verbrauchen konventionelle Systeme für die Bereitstellung einer bestimmten 
  Menge nutzbarer Energie (Wärme, Strom) immer eine größere Menge an Primärenergie 
  (Kohle, Erdgas, Erdöl, Uran) und amortisieren sich daher energetisch nie. 
  
  Sind Solaranlagen nicht zu teuer? 
Häufig wird gegen den Einsatz von Solaranlagen das Argument der Unwirtschaftlichkeit vorgebracht. Das gipfelt nicht selten in einer pauschalen Ablehnung erneuerbarer Ener-gien.Doch haben Sie sich schon einmal gefragt, ob die neuen Alu-Felgen für Ihr Auto wirtschaftlich sind? Oder ob der alte ÖI-Heizkessel aus den 70er Jahren noch wirt-schaftlich arbeitet? Außerdem darf nicht vergessen werden, daß Solaranlagen einen wichtigen Beitrag zu einem umweltschonenden Energieeinsatz darstellen. Die günstigen Energiepreise der konventionellen Energieträger verschleiern das Bild. Die durch ihren Gebrauch verursachten Folgekosten für Umwelt- und Gesundheitsschäden (sogenannte externe Kosten) müssen von der Allgemeinheit getragen werden und sind nicht im Preis enthalten. Zu berücksichtigen ist auch, daß die konventionellen Energiepreise ange-sichts sich verknappender Ressourcen in absehbarer Zukunft erheblich steigen werden. Die Sonne dagegen liefert ihre Energie kostenlos. Die auf den ersten Blick relativ hohen Anfangsinvestitionen können das Bild vermitteln, die Anlagen seien generell sehr teuer. Aber vom Zeitpunkt der Anlageninstallation an entstehen, außer sehr geringen Kosten für Wartung und Pumpenstrom, keine weiteren Betriebskosten mehr. Wer heute in eine Solaranlage investiert, investiert also in die Zukunft. Außerdem gibt es die Möglichkeit, die Kosten einer Solaranlage durch die Inanspruchnahme staatlicher oder kommunaler Förderung zu senken. Seit 1996 können Eigenheimbesitzer zudem für eine Solaranlage über acht Jahre eine Öko-Zulage von jährlich bis zu DM 500,- in Anspruch nehmen.
Von der 
  Steckdose her sind wir gewohnt, daß der Strom stets mit (relativ) konstanter 
  Spannung (230 V) in beinahe beliebiger Menge zur Verfügung steht. 
  Beim Strom aus Solarzellen ist die Situation ein wenig anders ; wieviel elektrische 
  Energie erzeugt wird, hängt von einer Reihe von Faktoren ab : 
  
  von 
  der Beleuchtungsintensität: 
  die Stromerzeugung steigt annähernd proportional zur Sonneneinstrahlung
  
  von der Zellengröße und Zellenzahl : 
  je größer die Zellenfläche und Zellenzahl, umso mehr Energie 
  wird erzeugt (Baukasten -Prinzip),
von der 
  Temperatur der Solarzellen: 
  mit zunehmender Zellentemperatur sinkt der Wirkungsgrad und damit auch die elektrische 
  Leistung der Zellen, 
vom elektrischen 
  Widerstand der angeschlossenen Verbraucher: 
  um die von den Zellen bereitgestellte Energie optimal zu nutzen, muß der 
  Verbraucherwiderstand an die elektrischen Eigenschaften (genauer gesagt an den 
  Innenwiderstand) des Stromerzeugers angepaßt werden.
Um Stromversorgungssysteme mit Solarzellen - gleich welcher Größe - richtig aufbauen zu können, ist es notwendig, das Zusammenwirken dieser Faktoren im Detail zu verstehen und bei der Planung zu berücksichtigen. Der Weg dahin führt über die Beschreibung der elektrischen Eigenschaften durch physikalische Größen und Zahlen, mit denen gerechnet werden kann. Einen ersten, recht umfassenden Einblick in die elektrischen Eigenschaften von Solarzellen gibt das im folgenden beschriebene, einfache Experiment. Wem die erforderlichen Bauteile und Meßgeräte gerade nicht zur Verfügung stehen, kann die Messungen auch einfach im Geiste an Hand des Textes nachvollziehen. Abb. 2.16 zeigt das elektrische Schaltbild des Versuchsaufbaus.
An eine Solarzelle mit z.B. 10 cm Ø wird als Verbraucher ein regelbarer Widerstand, z.B. ein Potentiometer (1 Ohm 5 Watt) angeschlossen. Zur Messung des Stroms liegt ein Amperemeter (Meßbereich 2 Ampere) in der Leitung zum Verbraucher, mit einem Voltmeter (Meßbereich 1 Volt) parallel zum Verbraucher wird die Spannung an der Solarzelle bzw. am Verbraucher ermittelt. Die Solarzelle wird zur Sonne hin ausgerichtet. (optimale Beleuchtung).
Wenn beim Aufbau keine Fehler gemacht wurden und die Anzeigebereiche der Meßgeräte richtig gewählt sind, muß wenigstens eines der beiden Instrumente ausschlagen. Durch Verändern des Verbraucherwiderstandes kann nun die sogenannte Strom- Spannungskennlinie (I-U-Kennlinie) der Solarzelle aufgenommen werden. Dazu werden verschiedene Widerstände eingestellt, die Meßwerte für Strom (I) und Spannung (U) abgelesen und die Wertepaare in ein Koordinatensystem, das I-U-Diagramm eingetragen. Die genauen Meßwerte können je nach Zellentyp variieren, die hier genannten Werte ergaben sich z.B. mit einer 10 cm-Solarzelle bei voller Sonneneinstrahlung (ca. 1 000 W/ qm). Der Verlauf der Kennlinie, d.h. die Form der Kurve, wird im wesentlichen durch 5 Meßpunkte festgelegt:
Punkt 1 : Ist der Verbraucherwiderstand auf 0 Ohm eingestellt (Kurzschluß), beträgt die Spannung an der Zelle (annähernd) 0Volt; trotzdem fließt in der Leitung zum Verbraucher ein beträchlicher Strom, der bei einer 10 cm- Zelle zwischen 1,7 und 2,2 A liegen kann (je nach Intensität der Sonneneinstrahlung).
Punkt 2: Wird der Verbraucherwiderstand vorsichtig vergrößert, so steigt die Spannung an der Zelle sofort schnell an, wobei der Strom durch den Verbraucher kaum zurückgeht, wie die Meßwerte an Punkt 2 zeigen: 0,25 V Spannung, 1,9 A Strom, bei einem Verbraucherwiderstand von R = 0,25 V/1,9 A = 0,13 Ohm.
Punkt 3: Spannung0,5 V, Strom 1,7 A: Bei einem Verbraucherwiderstand von R = 0,5 V /1,7 A = 0,3 Ohm macht die Kurve einen Knick. das heißt, bei einem größeren Verbraucherwiderstand steigt die Spannung kaum noch weiter an, während der Strom nun stärker zurückgeht.
Punkt 4: Bei voll aufgedrehtem Verbraucherwiderstand (R = 1 Ohm) zeigen die Meßinstrumente U = 0,57 V und I = 0,57 A. Damit ist der Strom auf 0,25/ des Kurzschlußstromes zurückgegangen, während die Spannung nur wenig höher liegt als in Punkt 3.
Punkt 5: Wird der Verbraucherwiderstand sehr groß bzw. unendlich, z.B. durch einfaches Auftrennen eines Verbraucheranschlusses, so wird der Solarzelle kein Strom mehr entnommen, abgesehen vom Meßstrom durch das Voltmeter. Das Voltmeter zeigt nun die sogenannte Leerlaufspannung der Zelle an. Sie liegt bei starker Sonneneinstrahlung bei fast 0,6 Volt.
Die Kurve, die mit diesem kleinen Experiment aufgenommen werden kann, ist die wichtigste Kennlinie einer Solarzelle. Sie wird als I-U-Kennlinie bezeichnet und kann in gleicher Weise auch für Solarmodule ermittelt werden. Die I-U-Kennlinie wird in fast allen Datenblättern der Solarmodulhersteller angegeben. Richtig gedeutet, ermöglicht sie wichtige Aussagen über die solare Energiequelle, vor allem, wenn ergänzend zur I-U-Kennlinie auch noch die elektrische Leistung N = U . I, die die Zelle abgibt, aus den Meßwerten von Spannung und Strom berechnet wird.
Hier sind die Leistungswerte in einem zweiten Diagramm ebenfalls als Funktion der Zellenspannung aufgetragen. Erste wichtige Schlußfolgerungen aus den beiden Diagrammen:
Strom, Spannung und Leistung der Solarzelle hängen bei konstanter Beleuchtung ganz wesentlich vom Verbraucherwiderstand ab. Es gibt offenbar einen Verbraucherwiderstand, bei dem die erzielte Leistung ein Optimum erreicht (Punkt 3). Dieser Punkt wird daher als Punkt maximaler Leistung (englische Abkürzung: MPP = maximum power point) bezeichnet. Ist der Verbraucherwiderstand kleiner als der optimale Widerstand, wirkt die Solarzelle als Stromquelle: Der Strom durch den Verbraucher ist relativ konstant, und zwar unabhängig von der Zellenspannung.
Ist der Verbraucherwiderstand größer als der optimale Widerstand, wirkt die Solarzelle eher als Spannungsquelle: Die Zellenspannung ändert sich kaum, während der Strom durch den Verbraucher mit steigendem Verbraucherwiderstand sinkt.
Der Einfluß 
  der Beleuchtung Um den Einfluß der Beleuchtung auf die Stromerzeugung 
  zu untersuchen, liegt es nahe, die Aufnahme der I-U-Kennlinie einfach bei verschiedenen 
  Sonneneinstrahlungen zu wiederholen und die so gewonnenen Kennlinien für 
  4 oder 5 Einstrahlungen (z.B. 200, 400, 600, 800 und 1000 W/m2) zusammen in 
  einem I-U-Diagramm aufzutragen. Um zu verläßlichen Meßergebnissen 
  zu kommen, muß beim Aufnehmen jeder Kurve die Einstrahlung konstant sein 
  und mit einem geeichten Strahlungsmeßgerät bestimmt werden. 
  
  Aus den Kurven läßt sich folgendes ablesen :
Die Leerlaufspannung der Zelle (Punkt 5) ist nur wenig von der Stärke der Beleuchtung abhängig. Bei sehr geringer Einstrahlung sinkt die Leerlaufspannung langsam und geht bei Dunkelheit (keine Einstrahlung) auf 0 V zurück. Der Kurzschlußstrom (Punkt 1), den die Zelle liefern kann, steigt proportional zur Einstrahlung. Er ist bei 400 W /qm doppelt so groß wie bei 2OO W/qm Einstrahlung, bei 8OO W/ qm doppelt so groß wie bei 4OOW/qm. Solarzellen im Kurzschlußbetrieb können daher bei entsprechender Eichung auch zur einfachen Messung der Einstrahlung benutzt werden, sofern die Anforderungen an die Meßgenauigkeit nicht zu groß sind. In den Punkten maximaler Leistung steigt die abgegebene elektrische Leistung annähernd proportional zur Einstrahlung. Die Zellenspannung im Punkt maximaler Leistung liegt bei 0,45 bis 0,5 V und geht bei niedrigeren Einstrahlungen leicht zurück.
Wie verhalten 
  sich nun Spannung, Strom und Leistung bei wechselnder Einstrahlung, wenn an 
  die Zelle ein Verbraucher mit konstantem Widerstand angeschlossen wird? 
  
  Im I-U-Diagramm wird ein fester Verbraucherwiderstand R = U/I durch eine Gerade 
  dargestellt. So ist die Gerade, die einem Verbraucherwiderstand von R = 0,40 
  0 entspricht, in das Diagramm Abb. 2. 18 eingezeichnet. Dabei wurde R gerade 
  so gewählt, daß die Gerade bei 800 Wlm2 Einstrahlung durch den Punkt 
  maximaler Leistung geht. Die Schnittpunkte dieser Geraden mit den Solarzellen- 
  Kennlinien zeigen, wo für den gewählten Verbraucherwiderstand die 
  Arbeitspunkte bei anderen Einstrahlungen liegen. Das Ergebnis dieses Beispiels 
  läßt sich durchaus verallgemeinern und ist einigermaßen erschreckend. 
  Sofern der Verbraucherwiderstand nicht der Einstrahlung angepaßt werden 
  kann, wandert der Arbeitspunkt bei kleineren Einstrahlungen immer weiter von 
  Punkt maximaler Leistung weg ! Damit sinkt natürlich der Anteil der nutzbaren 
  elektrischen Leistung bezogen auf die maximal mögliche. Nun wäre es 
  ja auch möglich, einen anderen, größeren Verbraucherwiderstand 
  zu wählen, der z.B. bei200 Wlm2 die optimale Leistung der Zelle nutzt (in 
  Abb. 2.18 gestrichelt eingezeichnet). Allerdings wird die Leistungsausbeute 
  dadurch auch nicht gerade besser, da sich nun bei höheren Einstrahlungen 
  die Arbeitspunkte zunehmend vom Punkt maximaler Leistung entfernen. Die Zelle 
  liefert jetzt bei 800 Wlm2 Einstrahlung kaum mehr Leistung als bei 200 Wlm2. 
  Dieses "Gedanken- Experiment" zeigt, daß ein konstanter Verbraucherwiderstand 
  das Leistungsangebot der Solarzelle nur schlecht nutzen kann. Bei wechselnden 
  Einstrahlungen tritt stets eine Fehlanpassung zwischen Generator (Solarzelle) 
  und Verbraucher auf. Typisches Beispiel für einen fehlangepaßten 
  Solargenerator ist der Taschenrechner mit Solarzellen: der Generator muß 
  so großzügig bemessen sein, daß der Rechner noch mit dem Licht 
  einer 2 m entfernten 60 Watt Glühbirne genügend Strom erhält; 
  da seine Leistungsaufnahme im Normalbetrieb konstant ist, bleibt das höhere 
  Energieangebot bei stärkerer Beleuchtung zwangsläufig ungenutzt.
Um das Stromangebot der Solarzelle optimal zu nutzen, muß also gefordert werden, daß die Widerstandskennlinie des Verbrauchers wenigstens annähernd durch die Punkte maximaler Leistung geht. Glücklicherweise erfüllen Akkumulatoren diese Anforderung fast optimal : Bei einer relativ geringen Variation der Zellenspannung (im Bereich 1,8 bis 2,4 V/Zelle beim Bleiakku) können sie eine Bandbreite von kleinen bis zu sehr großen Strömen aufnehmen. Da Akkus obendrein noch als Stromspeicher wirken und damit Schwankungen in der Energieproduktion ausgleichen, sind sie in vielen solaren Stromversorgungssystemen zu finden. Der Einfluß der Zellengröße Die Vermutung liegt nahe, daß der Energieertrag einer Solarzelle linear mit der Zellengröße (= Empfängerfläche) steigt. Dieser Zusammenhang läßt sich im oben beschriebenen Experiment recht einfach dadurch verifizieren, indem ein Teil, z.B. die Hälfte der Solarzellenfläche mit einem Karton abdeckt wird.
Bei sonst gleichen Bedingungen wird der Strom im Beispiel auf die Hälfte zurückgehen. Ein Halbieren der Zellengröße (was durch einfaches Brechen in der Praxis kaum perfekt gelingt), würde zu demselben Ergebnis führen, vorausgesetzt alle Verbindungen des Kontaktgitters auf der Oberseite bleiben erhalten. Daher sind zerbrochene Zellen nicht unbedingt wertlos, sofern das Kontaktgitter noch funktionsfähig ist. Die einzelnen Teile liefern eben nur weniger Strom und lassen sich zum Basteln durchaus verwenden. Der Einfluß der Temperatur Der Einfluß der Zellentemperatur auf den Energieertrag ist in der Praxis von einiger Bedeutung, da die Zelle nur etwa 10 bis 15% der auftreffenden Sonnenenergie in Strom umwandelt, der Rest, d.h. 85 bis 90% der Strahlung, wird in Wärme umgesetzt und heizt die Zelle samt Gehäuse auf. So können im Sommer bei hoher Einstrahlung leicht Zellentemperaturen von 70 bis 80°C auftreten.
Um den Einfluß 
  der Temperatur auf den Energieertrag zu bestimmen, werden die Solarzellenkennlinien 
  (I-U-Kennlinien) bei konstanter Einstrahlung, aber verschiedenen Zellentemperaturen 
  ermittelt, was im oben beschriebenen Experiment ohne Kühl- bzw. Heizvorrichtung 
  für die Zelle kaum möglich ist Abb. 2.19 zeigt die Kennlinien einer 
  Solarzelle bei verschiedenen Temperaturen nach Herstellerangaben. 
  
  Bemerkenswert ist folgendes : 
  
  Mit steigender Zellentemperatur sinken sowohl die Leerlaufspannung der Zelle 
  als auch die Spannung im Punkt maximaler Leistung (MPP = maximum power point). 
  Die Leerlaufspannung geht um etwa 2 mV/K (Millivolt pro Grad Kelvin bzw. Celsius) 
  entsprechend ca. 0,4%/K zurück. Mit steigender Temperatur steigt der Kurzschlußstrom 
  der Zelle geringfügig, und zwar um etwa 0,06%/K.. Die Zellenleistung, das 
  Produkt aus Spannung und Strom, sinkt mit steigender Zellentemperatur, und zwar 
  um 0,45 bis 0,50%/K. Anders ausgedrückt wird der Wirkungsgrad der Zelle 
  mit steigender Temperatur schlechter. Bei einer Temperaturerhöhung von 
  20 K beträgt die Leistungseinbuße immerhin schon 9 bzw. 10%.Die Herstellerangaben 
  zur Nennleistung einer Solarzelle oder eines Panels beziehen sich stets auf 
  eine Zellentemperatur von 25°C. Da die Mehr- bzw. Mindererträge bei abweichenden 
  Betriebstemperaturen beträchtlich sein können, ist bei genaueren Ertragsvorhersagen 
  der Einfluß der Zellentemperatur in der Rechnung zu berücksichtigen. 
  Andererseits folgt daraus für die Montage der Solarzellen, daß auf 
  eine ausreichende Wärmeableitung an die Umgebung, z.B. durch gute Belüftung, 
  zu achten ist. Natürlich könnte die Wärme auch durch aktive Kühlung 
  abgeführt werden, z.B. wie beim Sonnenkollektor durch wasserdurchströmte 
  Kanäle auf der Zellenrückseite. Der Gedanke, diese Wärme dann 
  auch zu nutzen, z.B. zur Warmwasserbereitung, führt jedoch zu einem Zielkonflikt. 
  Da für die Warmwasserbereitung einerseits möglichst hohe und für 
  die Zellen möglichst niedrige Wassertemperaturen anzustreben sind, schließt 
  die Verfolgung des einen Ziels das Erreichen des anderen aus !
Serien- und Parallelschaltung
Nun läßt sich sowohl mit einer Spannung von 0,5 V als auch mit der Leistung einer Solarzelle (max. 0,5 bis 1 W) in den meisten Fällen wenig anfangen, da Elektrogeräte in der Regel eine höhere Spannung und / oder mehr Strom benötigen. Durch Zusammenschalten vieler Solarzellen können Spannung, Strom und Leistung des Solargenerators nahezu beliebig aufgestockt und damit vielfältigen Bedürfnissen angepaßt werden. Dabei wird unterschieden in die Serienschaltung und die Parallelschaltung (Abb. 2.21).. Bei der Serien- oder Reihenschaltung wird jeweils der Plus Anschluß der einen Zelle mit dem Minus Anschluß der nächsten Zelle verbunden (oder umgekehrt): die Gesamtspannung der Reihe ist gleich der Summe der einzelnen Zellenspannungen. So liefern z.B. 24 Zellen in Reihe eine Gesamtspannung von 24 x 0,5 V - - 12 V. Welchen Strom diese Reihenschaltung abgibt, hängt vom schwächsten Glied der Kette ab. Daher ist es sinnvoll nur Zellen gleicher Größe
und mit möglichst gleicher Kennlinie (= gleicher Strom im Punkt maximaler Leistung bei gleicher Beleuchtung) für die Reihenschaltung auszusuchen.. Bei der Parallelschaltung werden jeweils alle Plus- und alle Minus -Anschlüsse miteinander verbunden. Die Zellen liefern den erzeugten Strom in eine gemeinsame Leitung ab, der entnehmbare Gesamtstrom ist gleich der Summe der Einzelströme. Die Spannung wird bei der Parallelschaltung nicht größer. Da die Leerlaufspannung von der Zellengröße unabhängig ist, bereitet die Parallelschaltung von Zellen verschiedener Größe und Leistung keine Probleme. Um größere Leistungen zu erreichen, werden in der Praxis Serien und Parallelschaltung miteinander kombiniert. Beispielsweise bringt die Parallelschaltung von 3 Reihen mit jeweils 3 gleichen Solarzellen (vgl.Abb.2.21) die 3-fache Spannung und den 3-fachen Strom einer einzelnen Zelle. Die elektrische Leistung dieser Anordnung von 9 Zellen entspricht dem 9-fachen einer einzelnen Zelle - richtige Anpassung des Verbrauchers vorausgesetzt. Mit der Meßschaltung (Abb. 2. 16) läßt sich auch für eine solche Solarzellengruppe die I-U-Kennlinie ermitteln. Sind die Zellen alle richtig geschaltet, sollte die Form der Kennlinie am Ende genauso aussehen wie die einer einzelnen Zelle, nur die Meßwerte für Strom und Spannung werden sich ändern.
Solarmodule 
  Einzelne Solarzellen sind nicht nur in ihrer Leistung sehr begrenzt und schon 
  aus diesem Grunde für die meisten Anwendungen nicht brauchbar, sondern 
  auch sehr empfindlich in Bezug auf Feuchtigkeitseinwirkungen und Bruch. Die 
  Hersteller von Solarzellen bieten daher in der Regel keine Einzelzellen an, 
  sondern fassen eine größere Zahl von Solarzellen, für 12 Volt- 
  Anwendungen meist 30 bis 40 Stück, elektrisch und mechanisch zu einem Solarpanel 
  (auch Solarmodul genannt) zusammen. Neben diesen 12 V Standard- Paneelen mit 
  einer Nennleistung zwischen 30 und 60 Watt (= Spitzenleistung bei 1 000 W / 
  qm Einstrahlung) sind auch größere Module mit bis zu 300 W Nennleistung 
  für Großanlagen im Handel. Auf der anderen Seite liefern die meisten 
  Hersteller für die Stromversorgung einzelner Geräte sowie für 
  mobile Anwendungen kleinere und Kleinst- Module im Leistungsbereich 1 bis 30 
  Watt. 
  
  Die Lebensdauer des Solarpanels wird maßgeblich dadurch beeinflußt, 
  wie gut die Zellen innerhalb des Panels vor Witterungs- und anderen Umwelteinflüssen 
  geschützt sind. Um eine möglichst lange Lebensdauer von 30 Jahren 
  und mehr zu erreichen, müssen die Gehäusematerialien den extremen 
  Einwirkungen von Sonnenstrahlung, Feuchtigkeit und Luftschadstoffen dauerhaft 
  standhalten. Für die äußere Abdeckung wird in der Regel ein 
  hochlichtdurchlässiges, gehärtetes Spezialglas verwendet, das auch 
  stärkere Hagelstürme ohne weiteres übersteht. Darunter liegen 
  die elektrisch miteinander verbundenen Zellen, eingebettet zwischen zwei weiche, 
  licht- und temperaturbeständige Kunststoff- Folien (meist EVA = Ethyl-Vinyl-Acetat), 
  die elastisch genug sind, um die thermischen Längenänderungen und 
  Spannungen zwischen den Zellen und dem Gehäuse aufzunehmen und die elektrisch 
  zuverlässig isolieren. Für die Rückseite des Panels sind je nach 
  Einsatzbereich verschiedene Materialien gebräuchlich: Glas, metallisierte 
  Kunststoffolien oder für sehr hohe Belastungen auch Metallplatten. Wo es 
  auf geringes Gewicht, Biegsamkeit und / oder hohe Bruchfestigkeit ankommt, werden 
  die Solarzellen auch in hochwertige Kunststofflaminate eingeschlossen. 
  
  Um einen absolut dichten Randabschluß herzustellen, der das Eindringen 
  (bzw. Eindiffundieren) von Feuchtigkeit in den Zwischenraum dauerhaft verhindert, 
  wird der Rand zusätzlich zur Verklebung bei vielen Modulen noch in einen 
  Aluminium- oder Edelstahlrahmen 
  gefaßt, der außerdem die Kanten schützt und gleichzeitig Möglichkeiten 
  zur Befestigung (Bohrungen oder Laschen) bietet. Da der Herstellungsenergieaufwand 
  für Glas, Laminat, Rückseite und insbesondere auch für die Metallrahmen 
  in der Gesamtbilanz der "grauen Energie" (damit ist der Energieaufwand für 
  die Herstellung des Moduls und der erforderlichen Materialien gemeint) merklich 
  zu Buche schlägt, wurde in den letzten Jahren verstärkt nach einfachen, 
  weniger materialaufwendigen Verfahren zur Modulherstellung gesucht. Inzwischen 
  führen einige Hersteller auch rahmenlose Module im Programm, die vornehmlich 
  für den Einsatz in größeren
Auslegung & Berechnung Energiebedarf
  
  Der Energiebedarf für die Stromverbraucher und der mögliche solare Ertrag 
  werden ermittelt und einander gegenübergestellt: 
  
  Für jedes Gerät bzw. jeden Verbraucher wird die - auf dem jeweiligen Typenschild 
  angegebene - Leistungsaufnahme und die tägliche Betriebszeit ermittelt und daraus 
  der tägliche Energiebedarf, gemessen in Wattstunden pro Tag [Wh / d], errechnet. 
  Energiebedarf [Wh/d] = Leistung [W] x Betriebszeit [h/d] 
  
  Der tägliche Energieverbrauch jedes einzelnen Verbrauchers wird in die Tabelle 
  eingetragen und addiert. Der so ermittelte Energiebedarf ist aber nicht konstant, 
  da das Nutzerverhalten ebenso wie das Angebot an Solarenergie saisonalen Schwankungen 
  unterliegt. Meistens besteht der höchste Energiebedarf in den Sommermonaten. 
  
  
  Dies ist günstig, da in diesem Zeitraum auch das Angebot an Solarenergie am 
  größten ist. Energiebedarf und -ertrag lassen sich gut miteinander vergleichen, 
  wenn man für beide Größen Monatsmittelwerte berechnet. Durch den höheren Strombedarf 
  für die Beleuchtung und Kühlschrank ergeben sich oft in den Monaten April und 
  September Bedarfsspitzen. Dimensionierung des Solargenerators Der Solargenerator 
  wird so ausgelegt, daß er im Monatsdurchschnitt genausoviel Energie erzeugt, 
  wie im System verbraucht wird. 
  
  Zur Ermittlung der passenden Solargenerator- Leistung wird die durchschnittliche 
  Sonneneinstrahlung des Ortes aus der Tabelle entnommen. Die Einstrahlungswerte 
  auf die horizontale Ebene werden vom Wetterdienst für eine Reihe von Standorten 
  gemessen. Deren Ergebnisse stehen als langjährige Monatsmittelwerte nicht nur 
  für Deutschland zur Verfügung sondern werden weltweit gemessen. Die damit errechneten 
  täglichen Energieerträge eines Solargenerators mit 1 Wp Spitzenleistung sind 
  in Tabelle 2 für verschiedene Orte angegeben. Die Werte gelten für eine horizontale 
  Montage des Generators (d.h. ohne Neigungswinkel). Gewisse Verluste bedingt 
  durch hohe Modultemperaturen sowie durch die Generator - Akkumulator Koppelung 
  sind darin bereits berücksichtigt. Die Zahlenwerte in der Tabelle machen die 
  Schwankungsbreite der monatlichen Sonneneinstrahlung und des Energieertrags 
  deutlich So erreicht die Einstrahlung im strahlungsärmsten Monat je nach Standort 
  nur 10 bis 25 % des Maximalwerts der im Monat mit der höchsten Einstrahlung 
  gemessen wird. Bei der Dimensionierung von autarken Anlagen sind diese beträchtlichen 
  saisonalen Schwankungen der Einstrahlung zu berücksichtigen; sie haben vor allem 
  dann großen Einfluß auf die Auslegung der Anlage, wenn die Energie auch in den 
  Wintermonaten gefordert wird. Korrekturfaktoren, welche die Einflüsse der Neigung 
  und der Orientierung des Solargenerators berücksichtigen, sind Tabelle 1 zu 
  entnehmen. 
  
  Der spezifische tägliche Energieertrag eines Solargenerators (bezogen auf 1 
  W Nennleistung) mit vorgegebener Ausrichtung ergibt sich aus dem Tagesertrag 
  eines horizontal ausgerichteten Generators (Monatsmittelwert), multipliziert 
  mit dem Korrekturfaktor. spez. Energieertrag Generator [Wh / Wp x d] = spez. 
  Energieertrag horiz. x Korrekturfaktor Die erforderliche Nennleistung des Solargenerators 
  läßt sich nun berechnen, indem der tägliche Energiebedarf durch den spezifischen 
  Energieertrag des Generators geteilt wird, wobei der zusätzliche Faktor 0,8 
  im Nenner den Energiewirkungsgrad des Akkumulators berücksichtigt: Generatorleistung 
  [Wp] = tägl. Energiebedarf [Wh/d] / (spez. Energieertrag Generator [Wh/Wp x 
  d] x 0,8) Als Energiewirkungsgrad des Akkus wurde in dieser Rechnung der durchschrittliche 
  Wert 0,8 angesetzt; beim Einsatz von Akkus mit abweichendem Energie- Wirkungsgrad 
  ist ein entsprechend korrigierter Wert in die Rechnung einzusetzen. lm nächsten 
  Schritt werden die täglichen Solarerträge und Verbrauchswerte in Monatswerte 
  umgerechnet. Typische Anlagen wie im Beispiel werden hauptsächlich von April 
  bis September genutzt, während im Winter nur Energie zur Ladungserhaltung der 
  Akkus benötigt wird. 
  
  Bei ganzjähriger Nutzung müßte der Solargenerator den Energiebedarf während 
  des ganzen Jahres, also auch in den Zeiten geringer Sonneneinstrahlung, liefern 
  können. In diesem Beispiel deckt sich der Energiebedarf dagegen recht gut mit 
  dem saisonalen Angebot an Solarenergie, da der Verbrauch im Winter gering ist 
  und die Bedarfsspitzen im April und September liegen. Wird die Generatorleistung 
  mit der obigen Formel für einzelne Monate berechnet (durch Einsetzen der jeweiligen 
  Monatserträge und -verbräuche), ergäbe sich aufgrund der saisonalen Schwankungen 
  für jeden Monat eine andere Generatorgröße. Ausgelegt wird der Generator aber 
  für den Monat mit dem ungünstigsten Verhältnis von Energiebedarf und -ertrag; 
  in diesem Beispiel ist es der April. Wenn aus den Daten schon vor der Berechnung 
  ersichtlich ist, welcher Monat der Auslegungsmonat ist, genügt es, die Berechnung 
  ausschließlich für diesen Monat durchzuführen. 
  
  Nach der Berechnung der Generatorleistung ist noch der Platzbedarf des Solarpanels 
  zu ermitteln und ein Montageort ohne Schatten auszuwählen. Wo sich eine zeitweise 
  Verschattung des Generators nicht vermeiden läßt, müssen die resultierenden 
  Verluste abgeschätzt und in die Ertragsberechnung mit aufgenommen werden. Dimensionierung 
  des Akkus Intensität und Dauer der Einstrahlung sind nicht gleichmäßig über 
  den Tag und die Woche verteilt, so daß die eben berechneten mittleren Tageserträge 
  nicht jeden Tag konstant zur Verfügung stehen. Um eine ausreichende und gleichmäßige 
  Versorgung auch an Tagen mit wenig Einstrahlung, z.B. bei Regenwetter oder während 
  der Nacht, zu gewährleisten, ist eine Zwischenspeicherung der Energie in einem 
  Akkumulator notwendig. Zur Dimensionierung dieses Stromspeichers wird zuerst 
  aus dem Energiebedarf, gemessen in Wh/d, der Amperestundenbedarf gemessen in 
  Ah/d, errechnet. Amperestundenbedarf [Ah/d] = Energiebedarf [Wh/d] / Systemspannung 
  [V] Die hier vorgestellten Anlagen arbeiten durchweg mit einer Systemspannung 
  von 12 V. Bei größeren Anlagen werden oft auch höhere Spannungen - beispielsweise 
  24 V oder 48 V - gewählt, um die Leitungsverluste gering zu halten. Die maximal 
  mögliche Dauer der autonomen Versorgung, bei der die Verbraucher vollständig 
  durch den Akku, also ohne Energiezuführung durch den Generator, versorgt werden 
  können, wird in Autonomie- Tagen angegeben. Die Zahl der Autonomie- Tage, an 
  denen das System unabhängig von der Sonne Energie bereitstellen kann, bestimmt 
  die erforderliche Akkukapazität und damit den Grad der Versorgungssicherheit. 
  
  
  Es gilt: Je weiter die Betriebszeit in den Winter hineinreicht und je größer 
  die Versorgungssicherheit sein soll, desto mehr Autonomie- Tage müssen bei der 
  Auslegung eingeplant werden. Ein üblicher Richtwert für die solare Versorgung 
  von Wochenendhäusern sind beispielsweise zwei bis vier Autonomie-Tage. Bei ganzjährigem 
  Betrieb der Anlage, oder wenn eine besonders hohe Versorgungssicherheit verlangt 
  wird, muß mit bis zu 10 Tagen, in Ausnahmefällen mit einer noch größeren Anzahl 
  von Autonomie-Tagen gerechnet werden. Die Entladetiefe gibt das Verhältnis der 
  entnehmbaren Kapazität zur Nennkapazität des Akkus an. Mit den beiden Größen 
  Autonomie-Tage und Entladetiefe läßt sich nun die Akkukapazität bestimmen: Akkukapazität 
  [Ah] = Amperestundenbedarf [Ah/d] x Autonomie- tage [d] / Entladetiefe Beispielrechnungen 
  für verschiedene Anwendungen sind als Excel- Tabelle erhältlich. Neben der Dimensionierung 
  der Bauteile, die unmittelbar Einfluß auf die Energiebilanz nehmen, wird vom 
  Fachbetrieb nach Tab. 3 und 4 das Kabelnetz für Solargenerator und Verbraucher 
  geplant. 
Feinabstimmung 
  
  
Der Aufbau der neuen Solaranlage kann nun beginnen. Allerdings sollten alle in der Vorplanung berücksichtigten Details auch in die Praxis umgesetzt werden. Folgende Stichworte sind relevant:
 - Aufstellort 
  von Akkus ( Temperatur, Gasentwicklung )
  - Abgestuftes Abschalten von Verbrauchern als Tiefentladeschutz
  - Möglichkeit, die Anlage zu erweitern
  - Zwei - Akku - Schaltung auch mit Starterbatterien oder Alt- Akkus
   - 
  Schutzdioden für Solarpanele 
  - Gezielte Gasungseinrichtung durch den Laderegler 
  - Blitzschutz bei hohen Gebäuden
  - Dimmbare Leuchtstofflampen 
  - Nutzung überschüssiger Energie durch einen Wärmespeicher
  - 
  Anlaufstrombegrenzung für 230 V - Geräte - Leistungskontrolle durch Anzeigen 
  oder PC 
  
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Das Ausdehnungsgefäß 
  hat die Funktion, Volumenänderungen der Kreislauf-Flüssigkeit auszugleichen 
  und den Systemdruck einigermaßen konstant zu halten. Es bestimmt somit einerseits 
  den Ruhedruck im Kreislauf und andererseits bei laufender Pumpe den neutralen 
  Punkt, d.h. die Stelle, wo der Ruhedruck gehalten (ausgeglichen) wird. Das Ausdehnungsgefäß 
  sollte stets auf der Saugseite der Umwälzpumpe liegen. Dann ist gewährleistet, 
  daß bei laufender Pumpe der Betriebsdruck im übrigen Kreislauf stets größer 
  ist als dieser Ruhedruck und keine Luft in das System eindringen kann. Bei einer 
  Anordnung auf der Druckseite der Pumpe kann es vorkommen, (bei geringem Fülldruck) 
  daß der Betriebsdruck an einer Stelle des Kreislaufes unter den statischen Druck 
  der Wassersäule sinkt und durch kleinste Undichtigkeiten oder den automatischen 
  Entlüfter Luft ins System gesaugt wird. In der Praxis ist Luft im Kreislauf 
  eine der häufigsten Störungsursachen. Die Anordnung des Ausgleichsgefäßes relativ 
  zur Pumpe bestimmt den Verlauf der Betriebsdrucklinie im Kreislauf. Nur wenn 
  das Ausgleichsgefäß unmittelbar vor der Pumpe (in Fließrichtung) angeordnet 
  ist, liegt der Betriebsdruck im System stets über dem Ruhedruck (oben). Im Beipiel 
  unten kann Luft ins System gelangen, wenn der Betriebsdruck den statischen Druck 
  unterschreitet. 
  
  Anordnung von Ventilen und Armaturen Inbetriebnahme der Solaranlage 
  
 Vor Inbetriebnahme 
  der Solaranlage müssen alle Installationsarbeiten im Kollektorkreis abgeschlossen 
  sein; der Kalt- und Warmwasseranschluß sowie die Elektroarbeiten sollten ausgeführt 
  und der Speicher gefüllt sein. 
  
  Spülen 
  
  Die Inbetriebnahme der Sonnenkollektoranlage beginnt - vor dem Isolieren des 
  Speichers und aller Rohre - mit einem gründlichen Spülen des Kreislaufes (ca. 
  10 Minuten), einschließlich Kollektoren und Wärmetauscher, um Schmutz und Flußmittelreste 
  zu entfernen, möglichst mit heißem, solarerwärmten Wasser. Dazu wird das Füllventil 
  mittels Schlauch an die Kaltwasserleitung angeschlossen und ein weiterer Schlauch 
  vom Entleerungsventil in den Abfluß geführt. Das Absperrventil dazwischen wird 
  geschlossen. Ist das Spülen beendet, folgt der erste Teil der Druckprobe. 
  
  Bei geschlossenem Entleerungsventil wird das Füllventil langsam so lange geöffnet, 
  bis der Druck auf 2 - 2,5 bar angestiegen ist. Sofern keine Luft mehr im System 
  ist, die über automatische Entlüfter entweichen kann, darf der Druck innerhalb 
  von einer Stunde oder länger nicht abfallen. Anderenfalls muß nach der Leckage 
  gesucht werden. Durch Erhöhen des Anlagendruckes kann zum Schluß auch das Ansprechen 
  des Sicherheitsventiles geprüft werden. Schneller geht die Dichtigkeitsprüfung 
  mit einem Abdrückgerät und höherem Prüfdruck, soweit die Anlagenbauteile diesen 
  zulassen. Das Sicherheitsventil ist zu diesem Zweck blindzustopfen. Alle Löt-, 
  Schweiß- und Gewindeverbindungen sind mit der Hand auf austretende Feuchtigkeit 
  zu kontrollieren. Danach wird das System durch Öffnen von Entleerungsventil 
  und Entlüfter vollständig entleert und, um das Anlagenvolumen zu bestimmen, 
  die Menge des auslaufenden Wassers abgemessen. 
  
  Nun kann die Menge des zuzusetzenden Frostschutzmittels bestimmt werden. 
  Da immer ein wenig Wasser im Kreislauf zurückbleibt (z.B. im Wärmetauscher und 
  im Kollektor) ist hier ein gewisser Sicherheitszuschlag notwendig. Füllen Zum 
  Füllen der Anlage wird eine Pumpe benötigt, die in der Lage ist, einen Druck 
  von mindestens 1,5 - 2 bar bzw. 4 - 6 bar zu erzeugen. Der Handwerker wird hierfür 
  eine kleine Kreiselpumpe oder ein spezielles Füllgerät benützen, beim Selbstbau 
  reicht - sofern keine entsprechende Pumpe geliehen werden kann - angesichts 
  des kurzzeitigen Gebrauches auch eine billige Bohrmaschinenpumpe. 
  
  Günstiger Füllzeitpunkt ist morgens, bevor die Sonne den Kollektor allzu sehr 
  heizt. Ähnlich wie beim Spülen wird die fertig gemischte Wärmeträgerflüssigkeit 
  über das Füllventil in den Kreislauf gepumpt. Bei kleinen Anlagen hat es sich 
  als praktisch erwiesen, wenn der Wärmeträger durch das geöffnete Entleerungsventil 
  noch eine Zeit lang in den Mischbehälter zurückfließen kann, um auf diese Art 
  bereits den größten Teil der Luft im System zu entfernen. Anschließend wird 
  durch Schließen des Entleerungsventils wieder Druck im System aufgebaut, bis 
  der Solldruck erreicht ist. Wenn auf diese Weise oder durch Betätigen der Entlüfter 
  die Luft weitgehend aus dem System entfernt ist, kann die Pumpe in Betrieb genommen 
  werden (mittels Pumpenschalter). Wird sie von unten nach oben durchströmt, fällt 
  die Entlüftung des Pumpengehäuses leicht (Herstelleranleitung zur Pumpenentlüftung 
  beachten). Bei ungünstigen Einbaulagen kann es sinnvoll sein, eine Pumpe mit 
  eigener Gehäuseentlüftung einzusetzen. 
  
  Durch das Umwälzen der Flüssigkeit im Kreislauf gelangen die verbliebenen Luftblasen 
  nach und nach zum Entlüftungstopf, wo sie per Handentlüfter oder über einen 
  automatischen Schwimmentlüfter abgelassen werden. Schwierigkeiten bereitet häufig 
  die Entlüftung von gewendelten Wärmetauschern, wenn die Luftblasen nicht über 
  ein kontinuierlich ansteigendes Rohr entweichen können. Hier ist ein zusätzlicher 
  Entlüfter im Keller u.U. sehr hilfreich. Ist der Anlagendruck durch die entweichende 
  Luft abgesunken, muß gegebenenfalls mittels Füllpumpe noch Flüssigkeit nachgefüllt 
  werden, bis der gewünschte Anlagen-Betriebsdruck wieder erreicht ist. Wurde 
  mit dem Füllen der Anlage an einem sonnigen Morgen begonnen, sollten Wärmeträger 
  und Speicher im Laufe des Vormittags nun langsam wärmer werden, ein Zeichen 
  dafür, daß die Anlage Energie gewinnt. Wenn keine Luft mehr entweicht und der 
  Betriebsdruck eingestellt ist, folgt nun der zweite Teil der Druckprobe (nochmalige 
  Kontrolle aller Lötstellen und Verschraubungen). Da sich bei Wasser-Glykol-Mischungen 
  eher Undichtigkeiten zeigen als bei reinem Wasser, können durchaus noch feinste 
  Leckagen auftreten, die vorher unbemerkt blieben. 
  
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Solaranlagen nur in Südausrichtung?
Eine Dachfläche 
  muß nicht unbedingt exakt nach Süden ausgerichtet sein, um als Montagefläche 
  für Sonnenkollektoren dienen zu können. 
  Abweichungen aus der Südrichtung von bis zu 30° führen bei den in Deutschland 
  üblichen Dachneigungen nur zu geringen Einbußen. Selbst reine Ost- oder Westorientierungen 
  können durch eine entsprechend vergrößerte Kollektorfläche ausgeglichen werden.
  
  Der Neigungswinkel einer Dachfläche kann zwischen 20° und 60° betragen, wobei 
  geringere Nei-gungswinkel die Energieausbeute der Solaranlage im Sommer begünstigen 
  und steilere die Solarerträge im Winter. Bei Flachdächern bieten sich für die 
  meisten Kollektortypen Aufständerungen an. Kluge Dimensionierung: ein Muß Richtig 
  dimensionierte Solaranlagen bieten die beste Gewähr für einen zufrieden-stellenden 
  Betrieb. Voraussetzung dafür ist eine möglichst genaue Kenntnis des Warmwasserverbrauchs. 
  
  
  Man sollte auch Möglichkeiten zur Senkung des Bedarfs bedenken. 
  
  Bei diesen Fragen ist die Beratung durch einen Fachmann zu empfehlen. Als Anhaltspunkt 
  bei der Dimensionierung einer kleinen Solaranlage ergibt sich bei einem mittleren 
  Wasserverbrauch von 50 Litern pro Person und Tag (bei 45 °C) eine Kollektorfläche 
  von 1,2 m2 bis 1,5 m2 pro Person. 
  
  Das richtige Anlagenkonzept wählen! 
  
  In Deutschland werden überwiegend Zweikreisanlagen mit Zwangsumlauf eingebaut. 
  Dabei wird eine Wärmeträgerflüssigkeit von einer Pumpe in den Warmwasserspeicher 
  transportiert, wo sie die Sonnenwärme über einen Wärmetauscher an das Trinkwasser 
  im Speicher abgibt. Um Solaranlagen vor Frostschäden zu schützen, befindet sich 
  im Solarkreislauf ein Wasser-Frostschutz-Gemisch. Im zweiten Kreis fließt das 
  Trinkwasser zu den Zapfstellen. Bei Einkreisanlagen wird das Trinkwasser dagegen 
  direkt im Kollektor erwärmt (üblich in südlichen Ländern ohne Frostgefahr). 
  Bei solchen Thermosiphonanlagen entfallen Regelung und Solarkreis-Umwälzpumpe, 
  da durch den Dichteunterschied der in Vor- und Rücklauf unter-schiedlich warmen 
  Wärmeträgerflüssigkeit eine Eigenzirkulation der Flüssigkeit zustande kommt. 
  
  
  Meist scheitert der Aufbau einer solchen Anlage an der notwendigen Anordnung 
  des Warmwasserspeichers über dem Kollektor. Warmwasserspeicher und Wärmetauscher 
  Der Warmwasserspeicher dient zur Bevorratung von Energie über strahlungsärmere 
  Tage hinweg. Sein Volumen sollte etwa das 1,5- bis 2-fache des täglichen Warmwasserverbrauchs 
  umfassen, das heißt 80 Liter bis 100 Liter pro Person.
  
  Üblicherweise kommen emaillierte Stahlspeicher zum Einsatz, wie man sie aus 
  der konventionellen Heizungstechnik kennt. Sie benötigen als Korrosionsschutz 
  eine Magnesium- oder Fremdstromanode. Edelstahlspeicher verfügen über eine längere 
  Lebensdauer, sind aber um einiges teurer. Gute Solarspeicher haben eine schlanke, 
  zylindrische Form, damit sich im Speicher eine Temperaturschichtung ausbilden 
  kann. Dies erlaubt eine optimale Nutzung des erwärmten Trinkwassers im oberen 
  Speicherbereich, ohne daß der gesamte Speicherinhalt auf die gewünschte Temperatur 
  erwärmt werden muß. Unerwünschte Durchmischung des Speicherinhaltes durch zufließendes 
  Kaltwasser wird durch eine spezielle Rohrkonstruktion oder eine Prallpatte verhindert. 
  Die Anordnung des Solarkreis-Wärmetauschers im unteren, kälteren Speicherbereich 
  bewirkt, daß der Kollektor durch niedrigere Einlauftempe-raturen in einem günstigeren 
  Wirkungsgradbereich arbeitet.Damit die Nachheizung nicht ein unnötig großes 
  Volumen nacherwärmen muß, ist der Ladekreis-Wärmetauscher im oberen Teil des 
  Speichers untergebracht. Der Speicher sollte auf seiner ganzen Oberfläche eng 
  anliegend und lückenlos mit einer mindestens 10 cm dicken Dämmung versehen sein. 
  Eine weitere Senkung der Wärmeverluste wird erreicht, wenn die Anschlüsse nur 
  an einer Stelle im kälteren Bodenbereich nach außen geführt werden 
  
  Der Solarkreislauf 
  
  Der Solarkreislauf dient zum Transport der Sonnenwärme vom Kollektor zum Warmwasserspeicher. 
  Um Wärmeverluste gering zu halten, sollten die Weglängen vom Kollektor zum Speicher 
  möglichst kurz sein. Für Anlagen im Ein / Zweifamilien-hausbereich reichen meist 
  Kupferrohre mit einem Durchmesser von 15 mm bis 18 mm aus, um einen optimalen 
  Wärmetransport zu gewährleisten. Mit einer Dämmstärke von 30 mm sind die Rohrleitungen 
  ausreichend gedämmt. 
  
  Bei Rohrdurchmessern über 30 mm sollte die Dämmung mindestens die Dicke des 
  Rohrdurchmessers haben. Die Dämmung muß hohen Temperaturen standhalten und im 
  Außenbe-reich UV- und witterungsbeständig sein. Als Dämmaterialien kommen zum 
  Einsatz: Mineralwolle, Polyurethan-Rohrschalen, Schaumgummi. Gängige Durchflußraten 
  in kleinen Solaranlagen betragen 30 Liter bis 50 Liter pro Stunde und m2 Kollektorfläche.
  
  Die Solarkreis-Umwälzpumpe muß diesen Durchfluß garantieren können. Zum Einsatz 
  kommen in der Regel konventionelle Heizungspumpen mit einer elektrischen Aufnahmeleistung 
  zwischen 40 W und 80 W Die Pumpe sollte immer im kälteren Rücklauf des Solarkreises 
  eingebaut sein, um sie nicht unnötig den hohen Tempe-raturen im Vorlauf auszusetzen. 
  Damit beim Auswechseln einer defekten Pumpe nicht das ganze System entleert 
  werden muß, werden vor und hinter der Pumpe Ab-sperrschieber montiert.Typische 
  Betriebsdrücke von Solaranlagen liegen bei etwa 4 bar. 
  
  Sie können über ein Manometer kontrolliert werden.Das Sicherheitsventil sollte 
  auf einen um etwa 0,3 bar höheren Ansprechdruck hin öffnen. Mit einem Auffangbehälter 
  kann die Wärmeträgerflüssigkeit aufgefangen und dem Solarkreislauf über einen 
  der Befüllhähne wieder zugeführt werden. Die Thermometer in Vor- und Rücklauf 
  dienen zur Betriebskontrolle der Anlage. Um bei mangelnder Einstrahlung oder 
  in der Nacht einen Wärmeabzug aus dem Speicher über den kälteren Kollektor durch 
  Schwerkraftumwälzung zu verhindern, wird im Rücklauf ein Rückschlagventil montiert. 
  Das Ausdehnungsgefäß hält den Druck in der Anlage stabil und nimmt die durch 
  unterschiedliche Temperaturen bedingte Volumenänderungen der Wärmeträgerflüssigkeit 
  auf. 
  
  Das Volumen des Ausdehnungsgefäßes muß aus Sicherheitsgründen ausreichend groß 
  sein. Es sollte die gesamte Wärmeträgerflüssigkeit aus den Kollektoren aufnehmen 
  können.Das Entlüftungsventil dient zum Entlüften des Solarkreislaufes nach dem 
  Befüllen mit Wärmeträgerflüssigkeit. Es ist an der höchsten Stelle des Solarkreislaufes 
  anzubringen. 
  
  Die Regelung Meistens ist ein einfacher Temperaturdifferenzregler für die Regelung 
  einer kleinen Solaranlage zur Warmwasserbereitung ausreichend. Der Regler stellt 
  über zwei Temperaturfühler fest, wann die Temperatur am Kollektoraustritt höher 
  ist als im Speicher auf Höhe des Solarkreis-Wärmetauschers und setzt daraufhin 
  die Solar-kreis-Umwälzpumpe in Betrieb.Meist werden die Solarregler so eingestellt, 
  daß für den Pumpenstart eine Temperaturdifferenz von etwa 5 °C bis 8 °C zwischen 
  Kollek-tor und Speicher notwendig ist. Sinkt diese Temperaturdifferenz auf 2 
  °C bis 3 °C ab, wird die Solarkreis-Umwälzpumpe durch den Solarregler wieder 
  außer Betrieb genommen. 
  
  Vorausschauende Planung beim Hausbau 
  
  Sollten Sie ein Haus bauen oder umbauen, sich aber noch nicht für eine Solaranla-ge 
  entscheiden können, denken Sie daran, daß im Rahmen der Umbauarbeiten be-reits 
  Vorbereitungen für den späteren Einbau einer Solaranlage getroffen werden können 
  (Führungen für zwei Kupferrohre 18 x 1 und ein fünf-adriges Elektrokabel vom 
  Heizraum bis unters Dach). Das spart Ihnen später viel Arbeit und Geld. 
  
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