Einsatzbereiche der Solarenergie

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1 Inhaltsverzeichnis Kapitel 2 Kapitelüberschrift Fragen Stichworte Seite Solarenergie aktiv und passiv nutzen Wie kann Solarenergie genutzt werden? Wie wird Solarenergie passiv genutzt? Wie wird Solarenergie aktiv genutzt? Was ist aktive solare Wärmegewinnung? Wofür wird die Wärme gebraucht? Wie funktioniert die passive Wärmegewinnung, Trinkwassererwärmung, Heizungsunterstützung, Stromerzeugung 2 1 Aktive Nutzung: Solarwärme Solarstrom Wie wird Solarwärme genutzt? Was ist Solarstrom? Wie funktioniert die solare Stromgewinnung? Funktionsweise Solarwärme, Funktionsweise Solarstrom 2 2 Passive Nutzung: Solararchitektur Was ist passive Wie funktioniert die passive Wie wirtschaftlich ist die passive Was ist bei der Architektur zu beachten? Physikalisches Prinzip, Wirtschaftlichkeit, Architektur, Umsetzung 2 3 Verminderung der Wärmeverluste Wieviel Energie wird im Privathaushalt verbraucht? Wie kann man Wärmeverluste und damit den Heizbedarf reduzieren? Wie wirtschaftlich sind Maßnahmen der energetischen Gebäudesanierung? Energieverbrauch Privathaushalt, Wärmeverluste reduzieren, Wirtschaftlichkeit 2 4 Inhalt Kapitel 2 Einsatzbereiche der Solarenergie

2 Passive und aktive Nutzung Solarenergie aktiv und passiv nutzen Wie kann Solarenergie genutzt werden? Wie wird Solarenergie passiv genutzt? Solarenergie nutzen heißt, die Solarstrahlung in nutzbare Energie umzuwandeln. Solarenergie lässt sich auf aktive und passive Art nutzen. Häuser werden so gestaltet, dass die Sonne möglichst viel zur Heizung beiträgt. Strahlung erwärmt die Räume direkt sowie die Wände, Böden und Mauern von außen. Jedes Haus nutzt Sonnenenergie passiv am intensivsten durch Fenster oder Wintergärten. Die Wärmeenergie wird möglichst gut durch Verminderung der Wärmeverluste im Gebäude gehalten. Solarenergie In nur sechs Stunden liefert die Sonne unserem Planeten die Menge an Energie, die den gesamten Erdölreserven der Welt entspricht. Kostenlos, umweltfreundlich und etwa 5 Milliarden Jahre lang. Wir sollten ihr Angebot annehmen Wie wird Solarenergie aktiv genutzt? Was ist aktive solare Wärmegewinnung? Wofür wird die Wärme gebraucht? Die aktive Nutzung der Sonne ist zur Wärmegewinnung (Heizung und Warmwasser) oder Stromerzeugung möglich. Die Wärmegewinnung mit Solarenergie wird Solarthermie genannt. Die Sonne wird für die Erwärmung von Trinkwasser (Trinkwarmwasser) oder zur Unterstützung der Heizung genutzt. Eine thermische Solaranlage liefert immer wenn die Sonne scheint Wärme. Das solar erwärmte Wasser wird das ganze Jahr über, im Sommer wie im Winter, zum Duschen, Baden, Putzen, Wäschewaschen, Kochen, etc. benötigt. Daher kann die Sonnenenergie ganzjährig und effektiv für die Wassererwärmung eingesetzt werden. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die Heizungsunterstützung. Besonders in den Übergangszeiten kann die Solarenergie einen Beitrag zur Raumheizung leisten und entsprechend Energie einsparen. Foto: John Foxx Images solarthermische Anlage Indachanlage auf einem Einfamilienhaus Quelle: Conergy AG Solarenergie aktiv und passsiv nutzen: Trinkwassererwärmung, Heizungsunterstützung, Stromerzeugung Seite 2 1

3 PROGRAMMES Einsatzbereiche der Solarenergie Aktive Nutzung: Solarthermie Photovoltaik Solarthermische Nutzung Wie wird Solarwärme genutzt? Kernstück jeder thermischen Solaranlage ist der Solarkollektor. In ihm wird die einfallende Strahlung in Wärme umgewandelt. Die Wärme wird mit einer Solarflüssigkeit (Wärmeträger) abtransportiert und erwärmt Wasser in einem Speicher. Der Speicher enthält Wasser, das als Trinkwasser zum Duschen, Abspülen, Baden etc. verwendet wird. In sonnenarmen Zeiten wird das Brauchwasser im Speicher mit dem vorhandenen Heizsystem (Öl- oder Gasheizung) auf die gewünschte Temperatur erwärmt. Bei der Heizungsunterstützung erwärmt die Solaranlage das Wasser des vom Trinkwassernetz getrennten Heizkreises und vermindert damit den Energiebedarf für die Heizung. Bei der solarthermischen Nutzung wird die Strahlung der Sonne mittels sogenannter Kollektoren in Wärmeenergie (Thermie, griechisch = Wärme) umgewandelt. Was ist Solarstrom? Wie funktioniert die solare Stromgewinnung? Solarstrom = Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Die Stromgewinnung aus Sonnenlicht erfolgt mit Hilfe von Solarzellen. Sobald Sonne auf die Solarzellen scheint, wird ein Spannungsfeld erzeugt und es fließt Strom, wenn ein Verbraucher angeschlossen ist. Es entsteht Gleichstrom. Je größer die Einstrahlung ist, umso größer ist auch der Stromfluss. Der Strom wird direkt genutzt, in Batterien gespeichert oder in Wechselstrom umgewandelt und in das Stromnetz des Netzbetreibers eingespeist. Ein 9 10 m 2 großer Solargenerator kann eine elektrische Leistung von maximal Watt erzeugen und wird deshalb als 1 kwp-anlage (Wp = Watt-Peak) bezeichnet. 1 kwp installierte Leistung erzeugt in Deutschland je nach Standort einen Energieertrag von ca. 750 kwh kwh pro Jahr Schema einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage Der in den Solarmodulen produzierte Gleichstrom wird mit dem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und über einen Einspeisezähler in das Stromnetz eingespeist. Die Verbraucher beziehen den Strom wiederum aus dem Stromnetz des örtlichen Netzbetreibers. Aktive Nutzung: Solarthermie Photovoltaik, Funktionsweise Solarwärme, Funktionsweise Solarstrom Seite 2 2

4 Passive Nutzung: Solararchitektur Das Prinzip vom Passivhaus Was ist passive Wie funktioniert die passive Wie wirtschaftlich ist die passive Was ist bei der Architektur zu beachten? Ziel ist es, Sonnenenergie zu sammeln, zu speichern und im Gebäude zu verteilen, um zu jeder Tages- und Jahreszeit ein behagliches Raumklima zu schaffen. Gleichzeitig werden die Wärmeverluste im Gebäude reduziert. Physikalisches Prinzip: ein Fenster lässt die energiereiche, kurzwellige Strahlung in Form von Licht hindurch. Diese trifft im Raum auf Gegenstände und wird in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt. Für sie sind die Fenster kaum durchlässig, so dass sich der Raum hinter dem Fenster erwärmt. Gebäude, die nach den Kriterien der passiven Solarenergienutzung gebaut wurden, kosten häufig nicht mehr als konventionell gebaute. Die verringerten Energiekosten machen sich um so mehr»bezahlt«, je höher die Kosten für fossile Energieträger steigen. Möglichst kompakte Bauform wählen je kleiner die Oberfläche eines Gebäudes im Verhältnis zu seinem Volumen ist, desto geringer sind die Wärmeverluste. Schatten ist im Sommer nötig, im Winter unerwünscht Räume so anordnen, dass diejenigen mit dem höchsten Heizwärmebedarf nach Süden zeigen Wärmedämmung mindestens gemäß Wärmeschutzverordnung durchführen Wärmeschutzverglasung einsetzen Solarenergie, die auf ein Gebäude fällt, wird optimal durch Wärmschutzverglasung, sorgfältige Isolierung, Lüftungsanlage mit Abwärmenutzung und Vermeidung von Wärmebrücken genutzt. 1 Vermeidung von Wärmebrücken 2 Besonders sorgfältige Wärmeisolierung von Dach und allen Wänden 3 Frischluft 4 Abluft nach Abzug der Wärme durch den Wärmetauscher 5 Dreischeiben-Wärmeschutzverglasung mit großen Fensterflächen nach Süden 6 Balkone verhindern Hitzestaus im Sommer Energiebedarf für Heizung und Warmwasser bei unterschiedlichen Wärmedämmstandards Passive Solarenergienutzung: physikalisches Prinzip, Wirtschaftlichkeit, Architektur, Umsetzung Seite 2 3

5 Verminderung der Wärmeverluste Endenergiebedarf im Privathaushalt Wieviel Energie wird im Privathaushalt verbraucht? Wie kann man Wärmeverluste und damit den Heizbedarf reduzieren? Wie wirtschaftlich sind Maßnahmen der energetischen Gebäudesanierung? mit PKW ohne PKW Heizung 49 % 78 % Warmwasser 8 % 14 % Hausgeräte 6 % 7 % Licht 1 % 1 % PKW 36 % Der mit Abstand größte»energiefresser«in einem Haushalt ist die Raumheizung. Um die Energieverluste auszugleichen, die durch Dach, Wände, Fenster und Boden dem Gebäude entweichen, muss genau so viel Energie zur Heizung des Gebäudes aufgebracht werden. Effektive Maßnahmen sind: Wärmedämmung durchführen Wärmeschutzverglasung anbringen Heizungsanlage erneuern Speicher erneuern Raumheizung mit Zeitschaltuhren regeln kontrolliert Lüften unbeheizte Wintergärten lichtdurchlässige Wärmedämmung anbringen Je nach Gebäudetyp können mit dem Einbau von Wärmeschutzverglasung (z. B. Amortisation in Jahren) und der Dämmung von Decken oder Dachschrägen mehr Energiekosten eingespart als für die Modernisierung ausgegeben werden. Um die Kosten für die energetische Sanierung gering zu halten, empfiehlt es sich, ein Gesamtkonzept zu erarbeiten. Im Haushalt wird die meiste Energie in Form von Wärme zum Heizen und für Warmwasser benötigt. Heizung und Warmwasserbereitung machen 92 % des Energiebedarfs im Privathaushalt aus. Der Heizenergiebedarf lässt sich erheblich durch kleine Investitionen, anderes Nutzungsverhalten oder Sanierung verringern. Der Warmwasserbedarf kann zum Großteil oder auch vollständig solar gedeckt werden. Energiespar-Häuser müssen weder teuer sein, noch aussehen wie Erdhölen: Das zeigt diese Freiburger Modellsiedlung. Diese sechs Reihenhäuser kommen aufgrund besonders hochdämmender Wärmeverglasung und einer dicken Dämmschicht an den Aussenwänden an den meisten Tagen des Jahres vollkommen ohne Heizung aus. Foto: BMWi Verminderung der Wärmeverluste: Energieverbrauch Privathaushalt, Wärmeverlusten reduzieren, Wirtschaftlichkeit Seite 2 4