Solaranlagen im Geschoßwohnbau

Systemtechnik

Die Entwicklung solarthermischer Großanlagen wird in Deutschland seit 1993 unter anderem gezielt durch Bundesforschungsprogramme gefördert.

Deutsche Perspektiven solarthermischer Großanlagen

Von Dirk Mangold*

Seit März 2004 wird die Forschung und Entwicklung durch das Forschungskonzept Solarthermie2000plus des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) erweitert: zukünftig werden solarthermische Großanlagen für Wohn-, Büro- und Industriebauten mit solaren Deckungsanteilen am Gesamtwärmebedarf von 10 bis über 60% ebenso gefördert wie Anlagen zur solaren Kühlung oder auch zur solaren Prozesswärmeunterstützung.

Bisher Erreichtes

In Deutschland trägt die thermische Solartechnik mit über 500.000 installierten Anlagen und über 5 Mio. m² Kollektorfläche zu rund 0,5% an der Wärmeenergiebereitstellung bei. Einer breiten Markteinführung stehen noch eine Vielzahl von wissenschaftlich-technischen, wirtschaftlichen, rechtlichen und organisatorischen Hemmnissen entgegen. Solarthermische Kleinanlagen sind Stand der Technik. Sie haben zu einer _CO2-Minderung von ca. 500.000 t/a geführt.
Bei großen Solarsystemen mit über 100 m2 Kollektorfläche sind sowohl die solaren Wärmekosten um den Faktor 2 bis 3 niedriger als auch die Ökobilanzen günstiger als bei kleinen Solaranlagen.
Dies gab im Jahr 1993 den Anlass, mit dem Förderprogramm "Solarthermie-2000" derartige Technologien für Großanlagen zu entwickeln und umfassend zu erproben. Die formulierten technischen und wirtschaftlichen Ziele wurden weitgehend erreicht:

• Durch Langzeituntersuchungen an einer repräsentativen Anzahl von Solaranlagen, die zwischen 1979 und 1982 im Rahmen des damaligen Zukunftsinvestitionsprogramms errichtet wurden, konnte eine mittlere Lebensdauer der solarthermischen Systeme von über 20 Jahren nachgewiesen werden. Diese gegenüber früheren Annahmen erhöhte Lebenserwartung verbessert die Wirtschaftlichkeit der Solartechnik /1/.
• Mit der wissenschaftlich begleiteten Planung, Errichtung und Evaluierung von über 60 großen Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung in unterschiedlichen Anwendungsbereichen konnte die Funktionssicherheit und die hohe Leistungsfähigkeit von knapp dimensionierten Anlagen nachgewiesen werden. Die Ergebnisse flossen in die neue VDI-Richtlinie 6002 (Blatt 1, Entwurf Juni 2003) "Solare Trinkwassererwärmung- Allgemeine Grundlagen zur Planung, Systemtechnik und Anwendung im Wohnungsbau" ein.
• In den bisher acht errichteten Pilot- und Demonstrationsanlagen zur solar unterstützten Nahwärmeversorgung von Neubausiedlungen mit saisonalen Wärmespeichern und hohen solaren Deckungsanteilen von 30 bis 50% des Gesamtwärmebedarfs (Trinkwassererwärmung und Raumheizung) wurden unterschiedliche Techniken der saisonalen Wärmespeicherung erprobt und die prinzipielle Funktionstüchtigkeit derartiger Konzepte nachgewiesen /2, 3/.

Durch begleitende Messprogramme konnten Systemmängel erkannt und Möglichkeiten zur technischen und wirtschaftlichen Optimierung aufgezeigt werden. Die Bau- und Betriebserfahrungen werden von Komponenten- und Systemherstellern, Anlagenplanern, Installationsfirmen und Betreibern genutzt, um die Solartechnik und deren Einbindung in die konventionelle Heizungstechnik weiter zu verbessern.

Perspektiven

Die Bundesregierung hat mit der nationalen Nachhaltigkeitsstrategie vom April 2002 konkrete Ziele zur Reduktion der Treibhausgasemissionen, in der Verbesserung der Energie- und Ressourcenproduktivität und beim Ausbau der erneuerbaren Energien beschlossen. Der Anteil erneuerbarer Energien soll bis 2010 gegenüber 1990 verdoppelt werden und dann 12,5% am Stromverbrauch und 4,2% am gesamten Primärenergieverbrauch betragen. Bis zum Jahr 2050 sollen erneuerbare Energien zur Hälfte der gesamten Energieversorgung beitragen.
Um den Beitrag solarthermischer Großanlagen zur Einsparung fossiler Brennstoffe deutlich zu erhöhen, ist es erforderlich, künftig Anlagenkonzepte für höhere solare Deckungsanteile durch kombinierte Trinkwassererwärmung und Raumheizungsunterstützung (Kombisysteme) auch ohne saisonale Wärmespeicherung, sowie Systeme zur solaren Klimatisierung zu entwickeln und zu erproben.

Nutzwärmekosten

Neben grundlegenden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wird durch Solarthermie2000plus der Bau und die Vermessung von Demonstrationsanlagen gefördert. Mögliche förderfähige Anlagen weisen neben einem mit anderen Energieeinsparmaßnahmen abgestimmten Energiekonzept hohe Emissionseinsparungen sowie insbesondere eine gute Anlagenwirtschaftlichkeit auf. In der Abbildung 1 sind die Grenzwerte für die maximal im Förderkonzept "Solarthermie2000plus" zugelas-senen Kosten der solaren Nutzwärme für Kombianlagen (Trinkwassererwärmung und Raumhei-zungsunterstützung) und für solarunterstützte Wärmenetze in Abhängigkeit vom solaren Deckungs-anteil am gesamten Wärmeverbrauch des Gebäudes bzw. der Siedlung für unterschiedliche Anlagengrößen (Kollektorflächen) aufgetragen. Der gesamte Wärmeverbrauch des Wärmenetzes, in das die Solaranlage integriert ist, wird hierbei ab Heizzentrale berechnet.

Abbildung 1: Maximal zugelassene Kosten für solare Nutzwärme für Kombianlagen

Diese Kurven der solaren Nutzwärmekosten über dem Deckungsanteil wurden mit Hilfe von Simu-lationsprogrammen für die unterschiedlichen Solarsysteme erstellt. Sie basieren auf den bisherigen Ergebnissen und Erfahrungen aus dem vorangegangenen Forschungsprogramm Solarthermie-2000. Die Daten gelten für Neubauten von Wohngebäuden und ähnlichen Objekten (Senioren-wohnheime, Studentenwohnheime, Krankenhäuser, Hotels etc.) sowie Siedlungen bei einer Instal-lation des Kollektorfeldes im oder auf einem Schrägdach und bei einem spezifischen Heizwärme-bedarf von ca. 65 bis 85 kWh/(m²·a). Bei Installation auf einem Flachdach können maximal 10% höhere Kosten zugelassen werden.
Einzelheiten zum Forschungskonzept sind unter www.solarthermie2000plus.de zu finden. Die Forschungsergebnisse der letzten Jahre sind u.a. in der aufgeführten Literatur veröffentlicht.

Literatur
/1/ F.A. Peuser, K.-H. Remmers, M. Schnauss: Langzeiterfahrung Solarthermie, Wegwei-ser für das erfolgreiche Planen und Bauen von Solaranlagen, Solarpraxis AG, Berlin, 2001, ISBN 3-934595-07-3
/2/ D. Mangold, H. Müller-Steinhagen: Solar unterstützte Nahwärme mit Langzeit-Wärmespeicher in Deutschland, ee- erneuerbare energie, Heft 1 2002, S. 10 bis 14, AEE, 2002
/3/ M. Benner et. al.: Solar unter-stützte Nahwärmeversorgung mit und ohne Langzeit-Wärmespeicher, For-schungs-bericht zum BMWi-Vorhaben 0329606S, ITW, Universität Stuttgart, 2004, ISBN 3-9805274-2-5
/4/ E. Hahne et al. : Solare Nahwärme - Ein Leitfaden für die Praxis, BINE-Informationspa-ket, TÜV-Verlag, Köln, 1998, ISBN 3-8249-0470-5
/5/ Thomas Delzer et al.: Tragkonstruktionen für Solaranlagen - Planungshandbuch zur Aufständerung von Solarkollektoren, Solarpraxis AG, Berlin, ISBN: 3-934595-11-1

*) Dipl.- Ing. Dirk Mangold leitet das Forschungsinstitut SWT-Stuttgart der Steinbeis-Stiftung und die wiessenschaftlich-technische Programmbegleitung für Solaranlagen mit großen Wärmespeichern im Förderkonzept Solarthermie2000plus, mangold@swt-stuttgart.de [^]