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Energieversorgung

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Solarenergie: Hol dir die Sonne ins Haus!

Wer als Besitzer_in oder Nutzer_in eines Hauses an die Nutzung der Sonne denkt, kann zwischen zwei Verfahren der Energiegewinnung zu wählen - oder sich für beide entscheiden: Strom oder Wärme. Das erste Verfahren war lange Zeit relativ teuer, wurde dann aber stark gefördert und ist so inzwischen deutlich verbreiteter als die Wärmegewinnung. Dabei ist die Stromerzeugung im Energieertrag (Umwandlungsfaktor Licht in Strom) immer noch deutlich schlechter - aber das Geld gilt heute meistens mehr als ökologische Wirkung. Anfangs lag der Wirkungsgrad um die 10 Prozent, bei modernen Solarzellen werden heute ca. 20 Prozent des Lichtes in Strom umgewandelt. Weitere Verluste entstehen durch Speichertechniken in nach wie vor teuren und meist umweltbelastenden Akkus oder bei der Einspeisung ins Netz. Im Warmwasserbereich sehen die Daten wesentlich günstiger aus: 60 bis 75% der Strahlungsenergie wird in Wärme umgewandelt - allerdings auch hier abzüglich der Verluste beim Weitertransport, Speicherung und Übertragung in erwärmte Brauchwasser. Das bei Solarwärmeanlage verwendete Material ist vergleichsweise umweltverträglicher hergestellt (Glas, bei Kupfer und Aluminium ist die Rohstoffgewinnung allerdings auch problematisch). Zudem sind die Anlagen vor allem bei Selbstbausätzen recht preiswert, so daß die Gesamtanlage selbst ohne Zuschüsse bezahlbar ist für jedeN. Der Ausnutzungsgrad der auftreffenden Strahlung ist je nach Kollektorbauart deutlich höher als bei der Photovoltaik, d.h. viel wird in Wärme umgewandelt. Daher sollte die Entscheidung bei Dachflächenknappheit in der Regel für eine Warmwasseranlage fallen. Wo genug Platz ist, kann beides nebeneinander existieren - schließlich reichen für eine Warmwasserversorgung in der Regel wenige Quadratmeter. Auf der Projektwerkstatt finden sich solare Wärmegewinnung und Stromerzeugung - jeweils auf einem Dach

Solare Wärmegewinnung

Warmwassergewinnung aus der Sonne ist eine Technik für jedes Haus, jede öffentliche Einrichtung (Schule, Sporthalle usw.). Sie läuft, einmal installiert, ohne weiteren Arbeitseinsatz (automatische Regelung). Und sie bringt eine zweifache Ersparnis: Zum einen erwärmt sich das Wasser selbst im Winter, wenn die Sonne scheint und unterstützt damit den Heizkessel. So wird etwas weniger Holz, Öl oder Gas benötigt. Im Sommer kann das Solardach die gesamte Wassererwärmung (für Duschen, Küche, ...) übernehmen, der Heizkessel wird ausgeschaltet. Das spart besonders.

Auf einer Dachfläche, die möglich weit nach Süden ausgerichtet ist, wird der Kollektor angebracht. Liegt ein Hausfirst genau in Nord-Süd-Richtung, wäre auch möglich, die Kollektoren auf Winkelstützen in der Südgiebelwand zu befestigen. Beim Flachdach ist eine Anbringung ohnehin auf solche Winkel angewiesen, eine Ausrichtung gen Süden dann optimal zu machen. Sodann sind zwei Wege denkbar: Montage auf dem Dach oder eingebettet in die Dachziegel, die dann natürlich vorher abgedeckt werden müssen. Günstiger ist der zweite Fall, weil der Solarbereich dann windgeschützter ist. Der erste Fall ist vor allem sicherer in der Regendichtigkeit, weil ja das Dach unverändert bleibt. Es werden lediglich einige Halterungen im Dach befestigt, auf die die Kollektorbauteile dann geschraubt werden. Von verschiedenen Herstellern werden Fertigkollektoren angeboten, die einfach auf dem Dach befestigt werden. Je nach gewünschter Gesamtfläche werden dann mehrere dieser Bauteile nebeneinandergebracht. Sie alle bestehen aus einem vollständigen Rahmen aus Aluminium und oben als Abdeckung Glas. Innen liegt der eigentliche Kollektor. In Kupferrohren fließt das Wasser, seitliche "Flügel" sind schwarz beschichtet und nehmen die Einstrahlung auf. Die fertigen Kollektorbauteile haben nur noch zwei Gewind eanschlüsse außen, sodaß die Teile miteinander verbunden bzw. Zu- und Ablauf des Wassers Richtung Speicher (meist im Heizungsraum) angeschlossen werden können. Diese beiden Verbindungsrohre müssen aber in jedem Fall durch das Dach geführt werden, dafür ist eine günstige Stelle zu wählen. Eine Weiterentwicklung der oben beschriebenen, sogenannten Flachkollektoren sind die Vakuum-Röhrenkollektoren. Es sind Glasröhren, in deren Inneren die Sonnenstrahlung absorbiert wird. Sie werden in jedem Fall auf ein Träge rrüst über der Dachbedeckung angebracht. Vakuum-Röhren sind teurer, aber auch wirksamer als Flachkollektoren.

Im Innern des Hauses ist ein Warmwasserspeicher nötig, damit das solargewärmte Wasser vom Dach auch gespeichert werden kann. Schließlich soll warmes Wasser auch nachts oder an Regentagen zur Verfügung stehen. Daher wird ein Speicher aufgestellt, in dessen unteren Bereich das solargewärmte Wasser durch eine lange Rohrschlange (Austauscher) fließt und die Wärme an die Wassermengen im Speicher abgibt. So ein Speicher funktioniert wie eine große Thermoskanne, d.h. das erwärmte Wasser wird über längere Zeit warm gehalten und kann nun genutzt werden. Da im Winter die Sonneneinstrahlung nicht immer reicht, führt vom Heizkessel eine zweite Rohrschlange in den Speicher, die ebenfalls warmes Brauchwasser erzeugt. Bei großen Solaranlagen kann die Sonnenwärme auch zum Heizen genutzt werden. Dann muß noch ein Übergang zum Heizkreislauf geschaffen werden. Möglich ist, auch für das Heizungswasser einen Puffer aufzustellen, in dem solare Wärme zwischengespeichert werden kann.

Letztes von drei Teilen einer jeden Solar-Warmwasseranlage (neben Kollektor auf dem Dach und dem Speichersystem) ist die Regelungstechnik. Angetrieben von einer Pumpe soll ja das Wasser, wenn es von der Sonne erwärmt wurde (aber auch nur dann!) zu der richtigen Stelle (in der Regel dem Speicher) geführt werden. Damit der aber nicht überhitzt wird, muß bei einer bestimmten Lage die Pumpe wieder abgeschaltet oder der Warmwasserstrom in weitere Speicher umgeleitet werden. Dazu werden an verschiedenen Stellen Thermofühler angebracht. In einer kleinen Zentraleinheit werden sie zusammengeführt und die Pumpe bzw. eventuelle Umleitventile geschaltet. Außerdem kann mensch sich dort die jeweiligen Temperaturen anzeigen lassen.

Die Kosten können sehr stark schwanken und seien hier für ein Ein-Familienhaus mit 4-5 Personen angenommen. Außerdem sei vorausgesetzt, daß der Heizkessel ohnehin gerade ersetzt wird (das wäre praktisch, weil dann die Verlegearbeiten usw. ein einem Rutsch durchgeführt und entsprechend billiger werden) oder schon für einen geregelten Betrieb (Erwärmung des Brauchwasserspeichers) tauglich ist. Dann fallen an Kosten an:

Somit liegt die Gesamtsumme für ein Ein-Familienhaus bei gut 5000 bis ca. 10000,- DM. Dieses Geld nun muß keineR ganz selbst bezahlen. Es gibt staatliche Zuschüsse. Das Land Hessen bezahlt 30 Prozent (max. 3000,- DM). Einige Städte und Gemeinden bzw auch Stromversorger geben ebenfalls Zuschüsse, zB weitere 10 Prozent oder eine feste Prämie (z.B. 1000,- DM pro Anlage). Hier lohnt es sich, beim Versorgungsunternehmen (Stadtwerke, OVAG ...) sowie der zuständige Gemeinde nachzufragen.

Aktuelle Ergänzung (Oktober 2002)
Die Solaranlage ist nur ein Teil der Energieversorgung der Projektwerkstatt. Sie ist verbunden mit einem Holzgebläsekessel, in dem vor allem Restholz verbrannt wird - also weitgehend CO2-neutral! Die Heizanlage hat selbst auch nochmal Pufferspeicher und die Wärme kann zwischen diesen und dem solaren Kreislauf hin- und hergeschoben werden. So wird im Winter auch warmes Wasser von der Heizanlage erzeugt, während im Sommer die Sonnenenergie auch in den großen Pufferspeichern festgehalten werden kann ... optimal für das Seminarhaus der Projektwerkstatt, wenn Gruppen innerhalb weniger Tage viel warmes Wasser brauchen.
Die Steuerung der ganzen Anlage läuft mit vielen Fühlern, um optimale Temperaturen und Energieausnutzung zu erreichen. Das System wurde in Kooperation mit einer Firma erstellt, die solche Steuerungen baut. Extra für die Bedürfnisse von Seminarhäusern mit den unterschiedlichen Wärmebedarfsmengen wurde die Software programmiert. Wer an solchen Steuerungen interessiert ist, kann direkt mit der Firma Kontakt aufnehmen per Mail an Martin Ruhl.

Die Beheizung der Räume

Holzgebläsekessel und präzise Regelung

Die Solaranlage ist verbunden mit einem Holzgebläsekessel, in dem vor allem Restholz verbrannt wird - also weitgehend CO2-neutral! Der Kessel stammt von der Firma Hoval und läuft seit 1994 mit nur kleinen Störungen z.B. bei der Mechanik des ByPassklappenhebels.
Das Holz wird trocken eingefüllt, kann bis 60cm lang und beliebig dick sein. Holzhacken erledigt sich. Im Kellerraum, wo der Kessel steht, entsteht Staub durch die Holzlagerung, das Herausnehmen der Asche und ab und zu Rauchentwicklung beim Nachlegen. Gegenüber Einzelöfen ist das aber eine sehr angenehme Reduzierung der Verdreckung, zudem ist die Energieausnutzung wesentlich höher.

Die Heizanlage hat drei eigene Pufferspeicher, die Wärme kann zwischen diesen und dem solaren Kreislauf hin- und hergeschoben werden. So wird im Winter auch warmes Wasser von der Heizanlage erzeugt, während im Sommer die Sonnenenergie auch in den großen Pufferspeichern festgehalten werden kann ... optimal für das Seminarhaus der Projektwerkstatt, wenn Gruppen innerhalb weniger Tage viel warmes Wasser brauchen.
In den Übergangshase des Frühjahrs und Herbstes reicht bei Sonne die Solaranlage, an anderen Tagen das Heizen von wenigen Stunden, um  für 1-2 Tage Heiz- und warmes Brauchwasser zu haben.

Heizungssteuerung

Die Steuerung der ganzen Anlage läuft mit vielen Fühlern, um optimale Temperaturen und Energieausnutzung zu erreichen. Die Außentemperatur wird gemessen, ebenso die Temperaturen von Vor- und Rücklauf zu den Heizungen und in den Speichern. So wird ein optimales Wärmemanagement aufgebaut. Das Brauchwaser wird bevorzugt erwärmt gegen über den anderen Speichern. Das Wasser für deie Heizungen wrd je nach Außentemperatur auf eine betimmte Gradzahl gemischt - so kann ein voll geladener Speicher lange halten, wenn es draußen nicht so kalt ist. Fehlt warmes Brauchwasser, kann noch vorhandene Wärme der Pufferspeicher zurückgeführt werden (z.B. die vorher gesammelte Solarwärme an sonnigen Tagen). Über ein Display können die Werte verändert werden. Sehr einfach sind die Einstellungen für bestimmte Standardsituation, die vorprommamiert sind, z.B. Frostschutz, halbe oder volle Leistung. Dabei sind zwei Heizkreise unabhängig regelbar - das Tagungshaus und die Werkstätten/Wohnräume der Projektwerkstatt So kann auch hier gezielt gesteuert werden, wieviel Energie wo benötigt wird.
Das System wurde in Kooperation mit einer Firma erstellt, die solche Steuerungen baut. Extra für die Bedürfnisse von Seminarhäusern mit den unterschiedlichen Wärmebedarfsmengen wurde am Beispiel der Projektwerkstatt die Software programmiert, die nun auch von anderen genutzt werden kann.


Fotos

Oben: Heizkessel.
Rechts: Pumpengruppe eines Heizkreises.
Links: Steuerungselektronik.
Unten: Themostat an Einzelheizung und Steuerung der Fußbodenheizung im großen Versammlungsraum.

Regelung der einzelnen Räume und Heizkörper

FussbodenheizungThermostate ermöglichen in jedem Raum eine zusätzliche Steuerung der Temperatur ... allerdings in einem offenen Zentrum auch ein Schwachpunkt, denn viele Menschen können mit ihnen nicht umgehen - Feststeller können verhindern, daß immer wieder Thermostate auf den höchsten Wert gedreht werden. Werden Räume nicht genutzt, ist die Frostschutzeinstellung sinnvoll, doch auch das erfordert überlegten Umgang mit den Ressourcen. Wo Thermostate Wärme durchlassen, ohne daß sie gebraucht wird, fehlt diese für andere Räume. In der Projektwerkstatt sind Thermostate von Oventrop und Rotex eingebaut.

Im Bild links ist die Steuerung der Fußbodenheizung zu sehen. Fußbodenheizungen sind zwar im Einbau aufwendig, können aber mit niedrigeren Temperaturen gefahren werden, was eine höhere Energieausnutzung ermöglicht. Die Fußbodenheizung der Projektwerkstatt stammt von der Firma Rotex. Das gelbe Schild gehört zum baubiologischen Lehrpfad durch das Haus ... mit grünem Daumen nach oben für umweltverträgliche Lösungen. Es gibt auch den anderen Fall (roter Daumen nach unten), z.B. bei Beschriftungen von Materialien der Altbausubstanz, wenn dort früher umweltbelastende Stoffe eingebaut wurden, oder für eigene Fehler, die sich im Nachhinein rausstellten. Die Projektwerkstatt ist kein perfekter Bau, sondern eine Mischung aus Altbausubstanz, Verwendung gebrauchter Baustoffe (Holz, Steine, Isolierungen) und gezielt baubiologischer Sanierungen und umwelttechnischer Ausstattung.

Strom

Photovoltaik mit 6,125 KWp (siehe Foto oben)


Eindrücke vom Bau der Photovoltaik auf dem Südostdach der Projektwerkstatt

Seit dem 23. Juni 2010 läuft die Photovoltaik der Projektwerkstatt. Übrigens ... wer Lust hat, mit einer Spende zum Bau einer solchen Anlage beizutragen, die dann mit ihren Einnahmen politisch-kreative Freiräume fördert, sollte sich mal die Solardächer-Spendenaktion der Stiftung FreiRäume angucken - eine gute Idee, Geld mal so zu spenden, dass der Einsatzort genau sichtbar wird und das Geld über 40 Jahre richtig gute Dienste tut.

Stromsparen

Im gesamten Haus wird versucht, den Stromverbrauch zur Wärmegewinnung auf Null zu bringen. Energiesparlampen hängen überall dort, wo mechanische Zerstörung selten ist.
Die Herde sind auf Gasherde umgetauscht worden. Am Rand des Grasdaches steht ein Solarkocher. In ihm werden bei direktem Sonneneinfall Temperaturen bis 100 Grad und mehr erreicht. Das reicht zum Kochen. Wer genug Zeit hat, kann den Herd an Sonnentagen ganz ersetzen, sonst wird auf dem Herd das Essen auf die notwendige Temperatur gebracht, dann aber kann der Herd abgeschaltet und der Topf in den Solarkocher gestellt werden - ein einfaches Prinzip. Funktionieren tut der Kocher auch zum Dörren und Trocknen, als Vorwärmer für Teigansatz usw.

Ein besonderer Beitrag zum Stromsparen ist das Vorschaltgerät der Waschmaschine. So kann das solargewärmte Wasser zur Waschphase genutzt werden (bei genauer Temperaturregelung durch das Vorschaltgerät), für das Spülen wird ausschließlich kaltes Wasser verwendet. Das Bild zeigt die Waschmaschine mit der darüber angebrachten Regelung und erklärten Schautafeln. Näheres zum Gerät auf www.ms1002.de.

Solarmobil

Mit solarem Strom versorgt wird ein kleines Soundsystem, das an das Fahrrad gehängt werden kann. Musik, Lautsprecherdurchsagen und die Versorgung weiterer Geräte mit Strom ist über das Solarmodul gewährleistet. Wenn ein Mensch mit Schweißkenntnissen uns hilft, wollen wir noch einen viel größeren bauen - mit Dach und Platz für zwei MusikerInnen, gezogen von einem Tandem.

Links und Materialien