Energie-Trio: Lüftungsanlage, Solarthermie, Photovoltaik
Ein bisher ungenutztes Dach kann künftig Teil des privaten Klimaschutzkonzeptes wer- den,wenndortdaszentraleLüftungsgerät…
… aufgestellt wird. Wichtig ist, dass dieses Gerät innerhalb der thermischen Hülle steht:
Die Dachschräge muss also gedämmt sein.
mächtigsten Konzernchefs der Öl- und Gas- Wirtschaft auf Dauer nicht aufhalten können.
Beruhigend.
Es gibt zwei Sorten von
Lüftungsanlagen: zentral oder dezentral Mit der Wärmepumpe wird Umweltwärme zur Beheizung des Hauses genutzt. Mit der Lüf- tungsanlage (Fachbegriff: kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung) wird Raumwärme aus der Abluft regelrecht herausgefiltert, be- vor die Luft beim Lüften das Haus verlässt. Das Funktionsprinzip:
1. Bei einer zentralen Anlage wird kalte Au- ßenluft zum zentralen Lüftungsgerät geführt.
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Wenn Kinder ein Haus malen, dann hat das Dach die Farbe Rot. Künftig sind Dächer jedoch blau. Die gute alte Dachpfanne wird zunehmend von Photovol- taik-Modulen abgelöst – aus dem reinen Schutzdach wird ein Nutzdach.
Dass wir mitten in einer Umbruchphase sind, erkennt man nicht nur im Straßenverkehr: Car- Sharing, E-Roller, Zapfsäulen für Strom. Auch unsere Häuser bekommen ein neues Gesicht oder besser gesagt eine neue Frisur. Noch haben unsere Dächer, wenn sie keine Flach- dächer sind, zwar eine Dacheindeckung, die überwiegend aus Dachpfannen besteht. Doch die Metamorphose hat schon vor Jahren be- gonnen: Photovoltaik-Module zur Stromgewin- nung und Sonnenkollektoren, mit denen man das Heizungs- und Brauchwasser erwärmt, werden immer selbstverständlicher. Die Sonne bahnt sich ihren Weg über unsere Dächer ins Stromnetz. Anfangs recht langsam, jetzt immer schneller. Es ist eine Naturgewalt, die auch die __
Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung: Kalte Außenluft sowie warme, verbrauchte Raumluft aus Bad und Küche werden zum zentralen Lüftungsgerät geführt. Im Wärmetauscher wird die Zuluft erwärmt und strömt dann in die Wohnräume. Wärmerückgewinnung: Bis zu 90 Prozent.
zu hören, man dürfe die Fenster nicht öffnen, wenn man eine Lüftungsanlage hat. Richtig ist, dass man jederzeit die Fenster öffnen darf. Die meisten Leute machen das aber nicht, weil ihnen die Lüftungsanlage höchsten Komfort liefert: Frischluft bei geschlossenem Fenster:
Winterkälte, Frühjahrspollen und Ganzjahres- staub bleiben draußen, Gerüche, Feuchtigkeit und was sich sonst noch in unserer Atemluft ansammelt, wird ohne Aufwand abgeführt.
An den Etagenverteilen zweigen die Leitungen zu den einzelnen Räumen ab Die Montage einer zentralen Anlage erfolgt in vier Schritten. Schritt 1: Das Lüftungsgerät aufstellen oder an vorgesehener Wandposition schallgedämmt aufhängen. Schritt 2: Wie bei der Sanitär- und Heizungsinstallation verlegt man zunächst Zuluft- und Abluftstränge zu ei- nem oder mehreren Etagenverteilern. Dort zweigen die Luftkanäle zu den einzelnen Räu- men ab. (Schalldämpfer laut Plan montieren).
Die Leitungen verschwinden später im Estrich, in der abgehängten Trockenbaudecke oder unter der Fassadendämmung (Kasten unten). _
sade an. Von dort geht es mit den Zuluft- und Abluftsträngen dann in die einzelnen Räume.
Die Dämmplatten-Überdeckung der Leitun- gen sollte später mindestens 8 Zentimeter be- tragen. Die Wärmeverluste wegen der etwas dünneren Dämmschicht halten sich in diesen Bereichen in Grenzen, die Gesamt-Energiebi- lanz wird nicht nennenswert verändert.
Der große Vorteil ist, dass innerhalb des Hauses keine Stemm- und Durchbrucharbeiten stattfinden. Lediglich an den Außenwänden ordnet man mittels Kernbohrung die Einlässe für Zu- und Abluft an.
Lüftungsleitungen sind unter der Fassadendämmung versteckt
Wenn zwar eine energetische, aber keine In- nenraum-Modernisierung durchgeführt wer- den soll, weil Zimmer, Küche und Bad keinen Renovierungsbedarf haben, wird man den baulichen Eingriff aus dem bewohnten Bereich möglichst fernhalten und auf das Mindeste beschränken.
Eine gute Wahl ist es dann, beispielsweise die Leitungen für die Lüftungsanlage außen auf der Fassade zu verlegen, bevor die Wär- medämmung aufgebracht wird. Man steuert vom Wärmetauscher, der entweder im Keller oder im Dachgeschoss aufgestellt ist, die Fas- __
Zugleich wird warme, verbrauchte Raumluft in Bad und Küche abgesaugt und über einen Rohrkanal ebenfalls zum zentralen Gerät gelei- tet. Mittels Wärmetauscher verliert die warme Abluft Wärmeenergie an die kalte Zuluft, die nun erwärmt über ein eigenes Rohrnetz in die Wohnräume geführt wird. Wärmerückgewin- nung: Bis zu 90 Prozent.
2. Bei dezentralen Geräten, die etwa in der Nähe von Fenstern oder direkt am Fenster- rahmen angebracht werden, wird die Abluft an einem Speichermedium (etwa Aluminiumspei- cher) vorbeigeführt, das sich innerhalb weniger Minuten aufwärmt. Dann schaltet die Anlage um und zieht kalte Luft an, die vom Speicher aufgeheizt wird. Für einen gleichmäßigen Luftdruck sorgen kommunizierende Lüfter, die wechselseitig Luft ausblasen und ansaugen.
Wärmerückgewinnung: bis zu 80 Prozent.
Irrtum richtig gestellt: In einem Haus mit Lüftungsanlage darf man die Fenster öffnen Im Zusammenhang mit Lüftungs- und Wär- merückgewinnungsanlagen brodelt es noch immer heftig in der Gerüchteküche. Häufig ist _
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3.Schritt: Die Zuluft- und Abluftventile platzie- ren. 4. Schritt: Die Lüftungsanlage in Betrieb nehmen.
Weiter geht es mit Solarthermie (Warmwas- serbereitung mit der Sonne) und Photovoltaik (Sonnenstromerzeugung). Beide werden häu- fig miteinander verwechselt. Wir sprechen von Kollektoren, wenn es ums warme Wasser geht, und von PV-Modulen, wenn der Sonnenstrom gemeint ist.
Der Knackpunkt ist der Winter: Die tief- stehende Wintersonne optimal einfangen Es gilt folgende Faustformel: Pro Bewohner benötigt man zwei bis drei Quadratmeter Kol- lektorfläche, wenn man neben der solaren Warmwasserbereitung auch die Heizungsan- lage unterstützen möchte.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass Sonnenkollektoren am meisten bringen, wenn sie auf einem Dach mit Südausrichtung ange- ordnet sind.
Zweite Faustformel: Je steiler das Dach ist, je besser. Die hochstehende Sommersonne knallt sowieso mit voller Power aufs Dach, so- __
… oder die effizienteren aber etwas kosten- intensiveren Vakuumröhren-Kollektoren (Auf- dachmontage).
Bei der passiven Nutzung scheint die Sonne durchs Fenster und erwärmt die Raumluft – ohne eigene Anlage. Für die aktive Nutzung benötigt man eine technische Vorrichtung, die aus Kollektoren, PV-Modulen, Leitungen und aus einem oder mehreren Speichern besteht.
Das warme Wasser fließt vom Dach über einen Vorlauf-Rücklauf-Kreis beispielsweise zum Wasserspeicher der Wärmepumpe.
men und zum Pufferspeicher oder zum Spei- cher der Wärmepumpe im Haustechnikraum geführt.
Je mehr Warmwasser vom Dach kommt, um so seltener muss die Heizung anspringen Im Warmwasser-Rücklauf ist eine Umwälzpum- pe montiert, die für einen Kreislauf innerhalb des Systems sorgt. Je mehr Warmwasser vom Dach kommt, umso seltener muss die Heizung (Wärmepumpe, Pelletsheizung) anspringen.
Die Kollektoren werden in speziellen Rah- menvorrichtungen befestigt. Diese wiederum sind – ob Indach- oder Aufdachmontage – fest mit der Dachkonstruktion verankert. Die Kol- lektoren werden untereinander mit flexiblen Gummischläuchen verbunden.
Nach der Montage der Solarthermie erfolgt eine Druckprobe. Ist alles dicht? Wenn „ja“, wird die Anlage in Betrieb genommen.
Grüner Strom vom eigenen Dach: Selbst nutzen oder ins öffentliche Netz einspeisen Eine Photovoltaikanlage zur Produktion von ei- genem grünen Strom besteht zwar nur aus we- nigen Komponenten, doch es gibt letztlich auch dort vieles zu beachten, um eine PV- Anlage so auszulegen, dass sie optimal Strom liefert. Zunächst: Photovoltaik-Module erzeu- gen Gleichstrom (Kürzel „DC“ – direct cur- rent), der mittels Wechselrichter in Wechsel- strom (Kürzel „AC“ – alternating current) um- gewandelt wird. Der Strom selbst kann ent- weder direkt selbst genutzt oder in einer Batterie gespeichert werden. Überschüssigen Strom speist man ins öffentliche Netz ein und erhält dafür eine „Einspeisevergütung“.
Am Wechselrichter gibt es einen Stromzähler zur Dokumentation der gesamten Anlagenleis- tung. Am Hausanschluss wird ein separater Einspeise- und ein Bezugszähler montiert, der nicht bilanzierend, sondern in absoluten Wer- nib
Zur Erwärmung von Wasser mit der Sonne (Solarthermie) gibt es zwei Kollektortypen:
Einfache, dachintegrierteFlachkollektoren …
Beide Systeme erwärmen das Trägermedium (Wasser plus Frostschutzmittel) während es durch das Rohrsystem des Kollektors fließt.
Der Vorlauf ist dort kaltes Wasser, das über einen Steigestrang von der Kellerstation an den Fußpunkt der Kollektoren geführt wird.
Nach dem Aufheizprozess wird das warme oder heiße Wasser oben am Kollektor entnom- __
dass im Sommer der Einfallwinkel eher weni- ger von Bedeutung ist. Das Energieangebot ist ohnehin viel höher als man es braucht. Der Knackpunkt ist der Winter. Die tiefstehende Wintersonne soll optimal eingefangen werden.
Das passiert, wenn sie rechtwinkelig auf die Kollektorflächen trifft. So ist der optimale Auf- stellwinkel 45 bis 70 Grad. Die beste Positio- nierung auf Grundlage der vorhandenen Rand- bedingungen wie Dachneigung und Dachflä- chen-Ausrichtung berechnet der Heizungs- installateur oder der „Solateur“.
Es gibt zwei verschiedene Kollektortypen:
Einfache, häufig dachintegrierte Flachkollek- toren oder die effizienteren aber etwas kos- tenintensiveren Vakuumröhren-Kollektoren.
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Worauf warten wir noch? Es gibt viele unge- nutzte Dächer, die optimal für Solarthermie und Photovoltaik geeignet sind.
Ungünstige Dachform und Dachfläche sowie, Schatten durch hohen Baum: Bei diesem Haus ist eine PV-Anlage weniger sinnvoll.
ten arbeitet: Wieviele Kilowattstunden werden eingespeist, wieviele werden aus dem Netz bezogen?
Die Vielzahl der Details mit einem erfahrenen PV-Planer abstimmen
So weit, so gut. Bei der Planung einer PV-Anla- ge, der Auswahl der einzelnen Komponenten und vor allem bei der Montage müssen also sehr viele Details beachtet werden. Ein Laie, der bisher keine Erfahrungen mit Photovoltaik gesammelt hat, wird schnell die Übersicht verlieren, zumal die technische Entwicklung immer weiter geht. Und auch die Gesetzge- bung: Das sogenannte Erneuerbare Energien Gesetz (EEG), das letztlich ins neue Gebäude- energiegesetz (GEG) integriert wurde, ist der- art oft novelliert worden, dass beispielsweise die rechtlichen Grundlagen zur Einspeisever- gütung ein eigenes, dickes Kapitel füllen wür- den. Deshalb muss auch bei Planung und Montage einer PV-Anlage ein erfahrenes PV- Unternehmen eingebunden werden, um alle Randbedingungen optimal in Einklang zu brin- gen. Hier nun eine kleine Auswahl wichtiger Aspekte, die mit dem Planer besprochen und beachtet werden müssen, unterteilt in die Be- reiche „PV-Dach-Module“, „Wechselrichter“
und „Batteriespeicher“.
Monokristalline oder polykristalline PV-Dach- Module? Beide Sorten sind gut geeignet Es gibt monokristalline, polykristalline und Dünnschichtmodule. Was ist nun was? Mono- kristalline und polykristalline Module bringen einen vergleichweise ähnlichen Stromertrag.
Dabei können monokristalline Module, die aus reinem Silizium (Rohstoff Quarzsand – „Ein- Kristall-Stab“) bestehen und eine einheitliche Oberfläche (tiefschwarz) haben, durch beson- dere Herstellungsverfahren noch etwas ver- bessert werden – sie kosten dann aber auch __
mehr. Polykristalline Module werden aus ei- nem Vielkristall-Siliziumblock hergestellt. Die- ser Block wird in einzelne Scheiben zerschnit- ten (jede Scheibe ist ein Modul). Optisch sind die einzelnen Kristallgrenzen erkennbar (sie schimmern blau). Der Leistungsverlust über die Lebenszeit ist bei polykristallinen Modulen kleiner als bei monokristallinen, die wiederum bei „Schwachlicht“ eine bessere Stromausbeu- te generieren. Fazit der Fachleute: Beide Mo- dularten sind gut geeignet.
Die relativ preiswerten Dünnschichtmodule bestehen aus mikrometerdünnen Schichten (amorphes, strukturloses Silizum oder alterna- tive Halbleiter – etwa Cadmiumtellurid), die auf dünnsten Folien oder auf Glas aufge- dampft oder aufgedruckt werden. Sie haben einen rund 10 Prozent geringeren Wirkungs- grad als kristalline Module und sind dann sinn- voll, wenn viel Fläche zur Verfügung steht. Vor- teil von Dünnschichtmodulen: Im Gegensatz zu kristallinen Modulen fällt dort der Leistungs- verlust bei höheren Temperaturen etwas gerin- ger aus. Bei Schatten oder auf Ost- und West- Dächern ist der Leistungsabfall ebenfalls nicht ganz so stark und sie haben ein deutlich ge- ringeres Gewicht (kann Vorteile bezüglich der Statik bei einer Montage auf einem Altbau bringen). Empfehlung: Die Fläche auf unseren Dächern ist begrenzt. Deshalb kristalline Mo- dule mit hoher Ausbeute wählen – wobei die Dünnschichttechnologie immer weiter verbes- sert wird und eventuell in Zukunft die kristalli- nen Module sogar überholen könnte.
Weiterhin gibt es PV-Module auch in Form von Dachziegeln, um etwa das Dach ansprechen- der zu gestalten. Oftmals erkennt man erst auf den zweiten Blick, dass die Dacheindeckung Strom erzeugt. Solche Lösungen sind künftig sicher auch beim Denkmalschutz von großer Bedeutung.
Beim Studieren der PV-Datenblätter sollte im Vorfeld einer Entscheidung auch der Tempe- raturkoeffizient genau beachtet werden. Die- ser gibt an, um wieviel Prozent sich die Modul- leistung bezüglich der Umgebungstemperatur pro Grad Celsius / Kelvin erhöht (Umgebung kälter) oder veringert (Umgebung wärmer).
Größe der Dachfläche, Ausrichtung, Dachneigung und Montage der Module Die optimale Dachneigung für die Produktion von Sonnenstrom liegt in Deutschland bei einer Südausrichtung des Daches zwischen 30 und 35 Grad (in Norddeutschland etwas stei- ler, in Süddeutschland etwas flacher). Eine Abweichung der Ausrichtung nach Osten und Westen ist möglich, ohne dass man mit grö- ßeren Ertragseinbußen rechnen muss. Bei einer recht genauen Satteldach-Nord-Süd- Firstausrichtung kann sowohl die Ost- als auch die West-Dachfläche genutzt werden.
Auf Flachdächern werden die Module im optimal berechneten Winkel aufgestellt. Per- fekt ist dort zudem eine Ausrichtung der Mo- dule genau nach Süden. Abstände einhalten, damit sich die Module nicht verschatten.nib Monokristalline Photovoltaik-Module beste-
hen aus reinem Silizium und haben eine ein- heitliche Oberfläche (tiefschwarz).
Bei polykristallinen Modulen sind die einzel- nenKristallgrenzenerkennbar:sieschimmern blau.
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Bei unserer Windmühle in der TV-Sendung
„4 Flügel, Küche, Bad“ hatten wir uns für monokristalline PV-Module entschieden.
Die PV-Module mit mindestens 10 Zentime- ter Abstand zur Dachhaut verlegen. Die Hin- terlüftung kühlt und erhöht den Ertrag.
Gerade die Module am Dachrand müssen wegen der Windsog- und Winddrucklasten besonders gut gesichert sein.
Pro Kilowatt Peak (kWp) installierter Photo- voltaik-Leistung sollte eine Kilowattstunde (kWh) Speicherkapazität geplant werden.
Stichwort „Verschattung“: Der Schornstein des Nachbarhauses, entfernte Kirchtürme, hohe Häuser oder auch Bäume können durch Schat- tenwurf den Ertrag einer PV-Anlage erheblich drücken.
Gut zu wissen: Es werden immer mehrere PV-Module in Reihe geschaltet. Liegt ein Mo- dul im Schatten, veringert sich der Ertrag der gesamten Reihe spürbar. Es kann also sinnvoll sein, manche Bereiche auf dem Dach – etwa dort, wor der Schornstein seinen Schatten wirft – auszusparen. Weniger ist in diesem Fall mehr.
Eine 50-Quadratmeter-PV-Anlage kann 9.500 Kilowattstunden pro Jahr bringen Nächste Frage: Wie groß soll die Anlage sein?
Antwort: So groß wie möglich. Die bestmög- liche Größe errechnet der beauftragte Fachbe- trieb unter Berücksichtigung der Randbe- dingungen.
Beispiel: Eine 50-Quadratmeter-Modulfläche bringt zunächst unter Laborbedingungen eine Nenn-Höchstleistung von rund 10 kWp („Kilo- watt peak“: Peak = Spitze).
Abhängig von Standort, Dachneigung, Dach- Ausrichtung, Umgebungstemperatur und wei- _
teren Modul-Kennwerten liefert eine Photovol- taik-Anlage in Deutschland jährlich etwa zwi- schen 880 und 1.050 kWh/kWp.
Der Solarertrag für Frankfurt/Main liegt bei rund 980 kWh/kWp (Tabelle oben). Somit er- gibt das bei einer 10 kWp-Anlage einen Ge- samtertrag von (10 kWp x 980 kWh/kWp) 9.800 kWh grünem Strom pro Jahr.
Die PV-Module so montieren, dass sie hinterlüftet sind: Das erhöht den Ertrag Die gesamte PV-Anlage soll mindestens 20, besser 30 bis 40 Jahre funktionieren. Allein schon deshalb muss auch die Unterkonstruk- tion dauerhaft stabil sein. Bewährt haben sich Aluminium-Montageschinen. Bei der Planung unbedingt Sog- und Drucklasten, etwa durch Wind, Sturm und Schnee berücksichtigen. Ge- rade die Module am Dachrand müssen beson- ders gut gesichert sein.
Alle PV-Module sollten mindestens 10 Zenti- meter oberhalb der Dachhaut verlegt werden, damit sie hinterlüftet sind und somit ausrei- chend gekühlt werden (optimiert den Strom- ertrag). In diesem Zusammenhang: Dachinte- grierte Anlagen sehen zwar gut aus, sind bes- tens gegen Diebstahl geschützt, liefern aber __
aufgrund der fehlenden Hinterlüftung ge- schätzt drei bis fünf Prozent weniger Strom.
Der Wechselrichter muss im Durchschnitt nach rund 15 Jahren erneuert werden Der Wechselrichter, der den PV-Gleichstrom in nutz- und einspeisbaren Wechselstrom um- wandelt, ist die Zentrale der PV-Anlage und gewissermaßen ein Verschleißteil – er muss im Durchschnitt alle 15 Jahre ausgetauscht wer- den. Neben der Strom-Umwandlung über- wacht der Wechselrichter die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz. Bei Netzstörungen wird etwa die Verbindung automatisch getrennt.
Hybrid-Wechselrichter können bei Bedarf den PV-Gleichstrom direkt von den PV-Modu- len in die Batterie umleiten. Dieser Prozess spart dann zweimal die Umwandlung und er- höht somit den Wirkungsgrad. Zugleich redu- ziert man die Investition in die Anlage, da man nur einen anstatt zwei Wechselrichter braucht.
Der eigene Batteriespeicher ist ein wichtiger Schritt in Richtung Energieunabhängigkeit Batterie-Speichersysteme haben den Sinn, den erzeugten Strom der Photovoltaik-Anlage in größerer Menge selbst verbrauchen zu können und weniger ins Netz einspeisen zu müssen.
Grundsätzlich sind beliebige Speicherkapazi- täten – unabhängig von der Anlagenleistung der PV-Anlage – möglich. Im Ein- oder Zweifa- milienhaus gibt jedoch der Platz, der zur Verfü- gung steht, die maximale Speichergröße vor.
Faustformel: 1 kWh nutzbare Speicherkapazi- tät pro kWp installierter Photovoltaik-Leistung.
Interessant wird es, wenn in naher Zukunft die Stromtarife über den Tag verteilt stark schwanken. Dann kauft man sich zu einem be- stimmten Zeitpunkt – vermutlich nachts – er- gänzend zum eigenen PV-Strom billigen Grün- strom zusätzlich ein und nutzt ihn individuell und unabhängig nach Bedarf.
Quelle: www.photovoltaiksolarstrom.com
Berlin 929
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Mainz 973
Mannheim 999
München 1.041 Münster 914
Neuruppin 907
_____ Regensburg 1.014 Rostock 945
Saarbrücken 977
Schwerin 916
Speyer 1.013 Stuttgart 1.025 Trier 967
Ulm 1.032 Wiesbaden 982 Würzburg 1.001 _____
