Neu: Forschungs-Infos von BINE im Solar-Magazin

Die "Anlage des Monats" Januar 2001 ist Auftakt der Zusammenarbeit zwischen dem Solarserver und BINE, dem Informationsdienst für neue Energietechniken und deren Anwendung. Ziel der Kooperation ist es, einem breiten Publikum aktuelle Forschungsergebnisse vorzustellen.

Anlagen des Monats / Januar 2001

Solarthermische Nahwärmesysteme für die Ökostadt

In der Stadtplanung werden zunehmend Konzepte entwickelt, in denen die Versorgung von Wohnsiedlungen mit erneuerbaren Energien eine zentrale Rolle spielt. Doch im Gegensatz zu den Entwürfen von individuellen Eigenheimen sind Sonnenkollektoren bei der Planung ganzer Siedlungen noch selten vorgesehen.
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Forschung und Erprobung von Anlagen, die Kollektorflächen von über 100 Quadratmetern mit groß dimensionierten Langzeitspeichern kombinieren, sind seit etwa einem Jahrzehnt im Gange: Mit dem Förderprogramm "Solarthermie 2000" gab der Bund den Startschuss für 7 Pilotprojekte. Das BINE-Info 8/99 zog Bilanz und erlaubt einen Blick in die Zukunft.

Bild: Pilotanlage in Steinfurt-Borghorst
Quelle: BINE Informationsdienst

Solare Deckungsrate 40 - 60 %

Abgestimmte Gesamtkonzepte, die Wärmeschutz und effiziente Energieerzeugung im großen Stil umfassen, standen am Beginn der Pilotprojekte. Anlagen mit Langzeit-Wärmespeicher wurden 1996 in Hamburg und Friedrichshafen, 1999 in Neckarsulm in Betrieb genommen. Alle drei Anlagen sind aus wirtschaftlichen Gründen auf einen solaren Beitrag von knapp zwei Drittel am Gesamtwärmebedarf für die Raumheizung und Trinkwassererwärmung ausgelegt. Ein Vergleich der solaren Wärmekosten zeigt, dass die Nahwärmesysteme wirtschaftlicher arbeiten als Solaranlagen in Ein- und Mehrfamilienhäusern: Eine Kilowattstunde mit einer typischen, kleinen Solaranlage (ein bis zwei Quadratmeter Kollektorfläche pro Person) erzeugt, kostet 30 - 60 Pfennige. Nahwärmeanlagen mit Kurzzeitspeicher liefern, so die Berechnungen der Forscher, die gleiche Wärme für 15 - 30 Pfennige. Eine Kilowattstunde Sonnenwärme aus einem System mit Langzeitspeicher könnte zwischen 33 - 55 Pfennige kosten. Bei der Nahwärmeversorgung machen sich in jedem Fall die günstigeren Systemkosten der großen Anlagen bemerkbar.
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Im Einsatz befinden sich vier Speichertypen, die auf die jeweiligen geologischen Verhältnisse bezogen wurden. In den Anlagen in Hamburg, Hannover und Friedrichshafen sind es Heisswasserspeicher, in Neckarsulm wird ein Erdsondenspeicher genutzt, in Steinfurt und Chemnitz wird Sonnenwärme in Kies und Wasser gespeichert. Die Anlage mit dem modernsten Solardach steht in Rostock. In das Solardach des Gebäudes "Helios" sind Fenster und Blindelemente integriert. Sämtliche Kollektoren sind hinterlüftet: Die aus dem Gebäude unter die Kollektorfläche wandernde Feuchtigkeit kann abgeführt werden. In Rostock wird seit Ende 1999 ein Grundwasser-Wärmespeicher (Aquifer-Speicher) betrieben. Die Anlage versorgt 108 Wohnungen mit warmem Wasser und unterstützt die Heizung. Der Ertrag von Kollektoren mit einer Fläche von 1.000 Quadratmetern wird dem 20.000 Kubikmeter großen Speicher zugeführt. Ein Niedertemperatur-Heizsystem mit Radiatoren senkt die Netzrücklauftemperaturen und schafft so günstigere Betriebsbedingungen für die Solaranlage. Die Technische Universität Chemnitz errechnete für das Projekt einen solaren Wärmepreis von 47 Pfennigen pro Kilowattstunde.

Erfahrungen und Ausblick

Die Auslegung des Heizsystems und die Art der Trinkwassererwärmung bestimmen die Rücklauftemperatur eines Nahwärmenetzes und damit letztendlich die Höhe des solaren Nutzwärmeertrages. Mit Niedertemperatur-Heizsystemen ist im Vergleich zu einem konventionellen Heizsystem ein höherer solarer Nutzwärmeertrag des Netzes zu erreichen. Doch diese Systeme verursachen Mehrkosten und es hängt vom Engagement des Bauträgers und der Planer ab, ob sie realisiert werden. Das Projekt "Helios" wird als Beleg gewertet, dass Niedertemperatur-Heizsysteme sogar im Mietwohnungsbau möglich sind. Der solare Deckungsanteil der Nahwärmeversorgung kann durch die direkte Einbindung der Heizung noch gesteigert werden: Der Verzicht auf einen "Wärmeübertrager" senkt die Rücklauftemperatur auf etwa 40 Grad Celsius. Das bedeutet einen Solar-Gewinn von 7 %.

Im Zuge der Pilotversuche wurden häufig Mängel der konventionellen Haustechnik festgestellt. Hydraulisch nicht abgeglichene Trinkwasser- und Raumheizungssysteme, Platten-Wärmeübertrager mit zu geringer Übertragungsleistung und Regelungsprobleme in außentemperaturgeführten Heizsystemen schränken die effektive Energienutzung ein. Hierauf kann der Betreiber der Nahwärmeversorgung wenig Einfluss nehmen - das Nahwärmesystem endet an der Hausübergabestation. Damit die solare Wärmeleistung wirksam genutzt wird, müssen alle Beteiligten, besonders die ausführenden Firmen, einbezogen und motiviert werden.

Die Erprobungs- und Entwicklungsphase ist noch nicht abgeschlossen. In den vergangenen Jahren wurden die Grundkonzepte bestätigt, Schwachstellen analysiert und Wege zur Steigerung der Effizienz aufgezeigt. Die hohen Investitionskosten bleiben ein Hindernis für Betreiber und Wohnungswirtschaft. Hier könnten neue Finanzierungskonzepte helfen.

Ohne staatliche Förderung können in absehbarer Zeit nur Nahwärmesysteme mit Kurzzeitspeicher in die Nähe der Wirtschaftlichkeit kommen. Für die Langzeit-Speicher-Systeme gilt das Ziel, Preise zu erreichen, die ohne Förderung höchsten doppelt so hoch sind wie jene der Wärme aus Erdgas oder Öl.

Bildquelle: BINE-Informationsdienst

Material und Illustrationen: BINE Informationsdienst FIZ Karlsruhe.
Redaktion Solarserver: Rolf Hug.

Weitere Informationen : www.bine.info
und im Solarserver-Lexikon: Solarsiedlungen