Egal ob Solarthermie oder Photovoltaik, die Gestaltung der Kollektorfläche ist eine der zentralen Fragen in der Anlagenplanung. Wie sollten die Kollektoren ausgerichtet werden? Müssen die Module aufgeständert werden? Wie viel kann in Reihe geschaltet werden? Diese und andere Fragen stellen sich sehr früh und immer wieder in der Planung von Solaranlagen. Im Folgenden sollen diese Fragen einmal stellvertretend für die Solarthermie angegangen werden.
Anzahl und Größe der Kollektoren
Gut, es ist etwas hoch gestochen, die perfekte Kollektorfläche allgemein zu definieren. Nicht zuletzt da sich die perfekte Solartherme immer aufgrund ihrer Vorgaben und der örtlichen Gegebenheiten definiert.
Frage 1: Welche Kollektoren
Unabhängig von der Frage nach dem Hersteller der Kollektoren stellt sich zunächst die Frage ob eher Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren. Beide Kollektorenarten haben Ihre Vorteile und letztlich bleibt es jedem selbst überlassen, welches Kollektormodell für die eigene Anlage verwendet werden soll.
Neben der reinen Kollektorart gilt es aber auch zu klären, wie groß diese sein sollen. Bei Flachkollektoren wie auch bei Röhrenkollektoren gibt es diverse Größen, die sich bei letzteren in der Anzahl der Röhren definiert. Je nach späterem Standort der Kollektoren resultiert die interessante Größe der Kollektoren jedoch direkt (oder indirekt bei mehr Platz) aus der verfügbaren Fläche.
Hier zeigt sich in einigen Fällen der Vorteil der Flachkollektoren, denn diese sind flächenmäßig oft kleiner als Röhrenkollektoren. Zudem können Flachkollektoren freier installiert werden während bei Röhrenkollektoren der Sammler grundsätzlich oben sein muss. Natürlich gibt es hier mancherorts inzwischen auch bereits Alternativen, diese werden bisher jedoch nur eher selten verwendet.
Frage 2: Wie viele Kollektoren
Die empfehlenswerte Anzahl der Kollektoren resultiert aus ihrer Ausrichtung und damit dem Verbrauch aber auch der Kollektorgröße. Wenn ausreichend Platz vorhanden ist, empfiehlt es sich jedoch immer ein großes Kollektormodell und damit weniger Kollektoren zu verwenden. Die Leistung der Anlage wird dadurch nicht beeinträchtigt, die Investitionskosten sind im Vergleich allerdings meist geringer.
Ein weiterer Faktor, der Anzahl wie Größe der Kollektoren beeinflussen kann, ist der Speicher. Er wird durch die Platzverhältnisse im Keller begrenzt, denn letztlich muss er zunächst durch die Türen passend und anschließend auch von der Raumhöhe her aufgestellt werden können. Manchmal kann dadurch zum Beispiel kein 1000l Speicher installiert werden und die Anlage muss auf einen 800l oder gar 500l Speicher ausgewichen werden. Bei ausreichenden Platzverhältnissen können aber auch mehrere Speicher verbaut werden.
Warum ist dies wichtig? Sofern es sich um eine Anlage zur Brauchwassererwärmung mit Heizungsunterstützung handeln soll, müssen pro qm Bruttokollektorfläche mindestens 50 Liter an Speichervolumen vorhanden sein. Wird die Anlage ausschließlich zur Brauchwassererwärmung verwendet, wird dagegen lediglich ein Speichervolumen von mindestens 200 Litern vorausgesetzt.
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Ausrichtung der Kollektorfläche
Die Ausrichtung der Kollektorfläche ist ein weitere wesentlicher Punkt in der Gestaltung der perfekten Aufstellung. Es ist heute wohl jedem bewusst, dass eine perfekte Ausrichtung hinsichtlich der Himmelsrichtungen eine südliche Ausrichtung ohne Abweichungen verlangt. Ein nicht weniger wichtiger Punkt ist allerdings auch der Neigungswinkel der Kollektoren.
Vakuumröhrenkollektoren beispielsweise verzeichnen einen Leistungseinbruch, sofern diese mit einem Neigungswinkel von 0° montiert werden. Auf Schrägdächern stellt sich dieses Problem nicht. Hier wäre lediglich die Frage, welcher Neigungswinkel mindestens gewährleistet sein sollte. Hier gibt es unterschiedliche Empfehlungen bei den Herstellern, meist wird jedoch ein Winkel von 10°-15° als unteres Minimum genannt.
Auswirkungen des Neigungswinkels
Warum ist der Neigungswinkel der Kollektorfläche wichtig? Die Sonne hat über das Jahr gesehen unterschiedliche Himmelsstände. Im Winter steht sie immer etwas niedriger als im Sommer. Dadurch treffen bei einem niedrigen Neigungswinkel weniger Sonnenstrahlen auf die Absorberfläche des Kollektors (unabhängig ob Flach- oder Röhrenkollektor), die Leistung sinkt.
Im Winter wäre es also besser einen höheren Neigungswinkel zu verwenden um möglichst viel Sonne einfangen zu können. Im Sommer dagegen kann der Winkel geringer ausfallen, da die Sonne in den warmen Monaten höher steht.
Nun lässt es sich aber nicht umsetzen, die Kollektoren ständig neu auszurichten (unabhängig ob monatlich, wöchentlich oder gar täglich). Es hat sich daher durchgesetzt ein gutes Mittel der optimalen Werte für Sommer und Winter zu verwenden. Hier gilt 45° heute als gängiger Wert wobei der Winkel noch angepasst werden kann je nachdem ob die Anlage mehr auf den Sommer oder den Winter ausgerichtet werden soll. Wer beispielsweise den hauseigenen Pool über die Solartherme erwärmen möchte, der könnte auch einen Winkel von 30° oder sogar weniger wählen, da der Wärmebedarf in der Brauchwassererwärmung im Sommer höher ausfällt.
Fazit
Es gibt sie die perfekte Kollektorfläche, jedoch kann sie nicht verallgemeinert werden. Zu viele Faktoren beeinflussen die Ausrichtung um für jeden Anlagentyp einen allgemein gültigen Wert abzugeben. Es muss also weiterhin jeder selbst entscheiden, wie die perfekte Anlage zu den eignen Anforderungen aussieht.
