Erneuerbare Energien sind weiter auf dem Vormarsch – aus gutem Grund. Denn die Power aus alternativen Quellen, wie zum Beispiel Solar, ist nicht nur gut für die Umwelt. Sie verleiht uns Unabhängigkeit und sorgt dafür, dass wir unsere Kosten für Strom und Wärme planungssicher und auf lange Sicht überschauen können.
Energiekrisen finden mit einem Dach voller Solarplatten beruhigenderweise woanders statt. Doch was versteht man überhaupt unter Solarplatten? Sind es Solarzellen oder Solarkollektoren? Die Antwort lautet: Beides. Unter Solarplatten fallen sowohl die Photovoltaik-Module einer PV-Anlage als auch die Wärmekollektoren einer Solarthermie. Beide nutzen also die Solarenergie für ihre Zwecke und werden auf dem Dach installiert. Trotzdem sollten wir sie nicht verwechseln, denn die Einsatzbereiche sind ganz andere. Schauen wir uns die Eigenschaften verschiedener Solarplatten einmal genauer an.
Unterschiedliche Arten von Solarplatten
Solarplatten ähneln sich aufgrund ihrer flachen Optik und der Installation auf dem heimischen Dach zwar optisch – ihre Aufgaben unterscheiden sich jedoch stark voneinander. Denn die einen produzieren Strom und die anderen Wärme. Der Oberbegriff der Solarplatten unterteilt sich somit in Solarmodule von Photovoltaikanlagen und Wärmekollektoren von Solarthermieanlagen. Werfen wir einen Blick auf die Unterschiede der Solarplatten.
Solarplatten zur Stromerzeugung
Solarplatten zur Stromerzeugung kommen bei einer Photovoltaikanlage zum Einsatz. Die Platten verwandeln auftreffende Sonnenstrahlen in Strom. Doch wie funktioniert das eigentlich? Sehen wir uns zunächst den Aufbau einer Solarzelle an. Als Grundmaterial kommen bei der Solarzelle Halbleiterschichten zum Einsatz, die normalerweise aus Siliziumkristallen bestehen. Hier differenzieren wir noch detaillierter zwischen zwei Arten: monokristallinen Solarmodulen und polykristallinen Solarmodulen.
Monokristalline und Polykristalline PV-Module
Während die Monokristallinen aus einem einzigen Kristall bestehen, setzen sich die polykristallinen Solarzellen aus mehreren Kristallen zusammen. Da bei monokristallinen PV-Modulen hochreines Silizium verwendet wird, das in einem langen, kontrollierten Kristallisationsprozess zu einem einzigen Kristall gezüchtet wird, ist die Herstellung aufwendiger und der Preis dieser Paneele fällt entsprechend höher aus. Dafür haben sie einen höheren Wirkungsgrad, produzieren also im Verhältnis mehr Solarstrom als ihre polykristallinen Kollegen. Auf eine starke Leistung zu setzen und dafür etwas höhere Kosten für Anschaffung der Photovoltaikanlage in Kauf zu nehmen, rentiert sich dabei meist schon nach recht kurzer Zeit.
Optisch erkennen wir die unterschiedlichen Module an ihrer Farbe. Während die meisten monokristallinen Photovoltaikmodulen in durchgängigem Schwarz daher kommen, ist bei einem polykristallinen Solarmodul in blauer Färbung zu erkennen, dass sich mehrere Kristalle camouflage-artig zusammengefunden haben. Beiden gemein ist die Anordnung der einzelnen Solarzellen im Modul in Form von einem Gitter.
Die Stromproduktion mit Solarplatten durch Solarenergie
Damit die Solarplatte unserer Anlage mithilfe von Photovoltaik Strom erzeugen kann, braucht es vor allem eins: Sonne. Denn erst die auftreffenden Sonnenstrahlen lösen in unserem Solarpanel die Bewegung von Elektronen aus. Dazu wird das Sonnenlicht absorbiert. Dieses wiederum besteht aus vielen winzigen Energiepaketen, den Photonen. Wenn ein Photon auf eine Solarzelle der Platte trifft, gibt es einen Teil seiner Energie an ein Elektron im Halbleitermaterial ab. Dadurch wird das Elektron angeregt, sich zu bewegen und erhält die nötige Energie, um aus seiner Bindung in das Atomgitter des Halbleiters auszubrechen. Es wird freigesetzt. Die freigesetzten Elektronen erzeugen dann ein elektrisches Feld im Halbleitermaterial. Dabei wandern sie in eine Richtung und erzeugen so den Solarstrom.
Um einen ganzen Haushalt zu versorgen, braucht es natürlich mehr als ein Photovoltaikmodul. Darum werden bei einer Solaranlage mehrere Solarplatten in Reihe oder parallel geschaltet. Eine Schicht aus super robustem Glas oder Kunststoff schützt die Zellen vor äußeren Einflüssen wie Hagel, Schnee oder Sturm. Montiert werden die Solarmodule auf einer Metall-Rahmenstruktur, die mechanische Stabilität bietet und dafür sorgt, dass die Module die nächsten 20 bis 30 Jahre ein sicheres Plätzchen auf unserem Dach haben.
Ein weiteres Puzzleteil zur Stromproduktion aus Sonnenenergie ist der Wechselrichter. Der nimmt den erzeugten Gleichstrom aus den Photovoltaikmodulen auf und wandelt ihn in Wechselstrom um, da wir nur diesen im Haushalt benutzen können. Von dort wandert unsere Solarenergie dann frisch und fröhlich in unsere Steckdosen oder in einen Stromspeicher, der dafür sorgt, dass wir unsere Energie aus Photovoltaik ganz flexibel verbrauchen können.
Überschüsse können wir auf Wunsch zur Einspeisung ins Stromnetz bereitstellen und dafür die Einspeisevergütung kassieren. So sorgen wir dafür, dass die Anschaffungskosten unserer Photovoltaikanlage sich noch schneller amortisieren. Solarplatten in Kombination mit Photovoltaik sind also oftmals eine lohnende und nachhaltige Idee.
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Nun wissen wir also, wie Solarplatten die Kraft der Sonne in Kombination mit Solaranlagen nutzen. Doch wie verhält es sich bei Solarplatten, die nicht auf Photovoltaik, sondern auf Solarthermie setzen?
Solarkollektoren zur Wärmegewinnung
Wie der Name schon sagt, fangen die Solarkollektoren die Sonnenstrahlen ein – und verwandeln sie ebenfalls in Energie. Jedoch nicht in Strom, sondern in Wärme. Schauen wir uns einmal an, wie diese Technologie funktioniert.
Wärme aus der Solarplatte
Solarplatten zur Wärmegewinnung finden in Solarthermieanlagen Einsatz. Sie nutzen die Kraft der Sonne, um Warmwasser zu erzeugen oder Räume zu heizen. Im Gegensatz zu Photovoltaik nutzen Solarkollektoren nicht das Licht, sondern die Wärmeenergie der Sonne.
Der Aufbau eines Solarkollektors
Ein Solarkollektor besteht aus einer flachen Oberfläche, meist einer Metallplatte oder einem Absorber, der Sonnenlicht einfängt. Auf dem Absorber befinden sich Röhren oder Kanäle, durch die ein Wärmeträgermedium, zum Beispiel Wasser, zirkuliert. Trifft das Sonnenlicht auf den Absorber, wird es – wie der Name schon vermuten lässt – absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt – diesen Vorgang nennt man dann Solarthermie. Dazu sollte die Oberfläche natürlich geringe Reflektionseigenschaften aufweisen, um die maximale Menge an Energie erfassen zu können. Nun, da die Sonnenenergie das Wärmeträgermedium in den Röhren bzw. Kanälen des Kollektors erwärmt hat, wird diese zu einem Wärmetauscher oder einem Warmwasserspeicher weitertransportiert.
Warmwasserbereitung oder Heizung
Das durch Solarthermie erhitzte Wärmeträgermedium kann nun direkt zur Warmwasserbereitung genutzt werden. In diesem Fall lassen wir das warme Wasser aus dem Solarkollektor kurzerhand in einen Warmwasserspeicher fließen. Von dort steht es dann für den Verbrauch im Haushalt zur Verfügung. Alternativ kann das erhitzte Medium auch durch einen Wärmetauscher geleitet werden. Das ist der Fall, wenn wir die generierte Wärme an unser Heizsystem übertragen möchten. So befeuern wir mit der Kraft der Solarthermie dann zum Beispiel unsere Fußbodenheizung oder einen Heizkörper an der Wand.
Wie effizient ist eine Solarthermieanlage?
Anlagen, die den Effekt der Solarthermie zur Wärmegewinnung nutzen, sind natürlich von verschiedenen Faktoren abhängig, darunter zunächst die Sonneneinstrahlung. Klar, ohne Sonnenschein bleiben die Röhren unserer Anlage kalt. Aber genau wie bei Photovoltaik spielen zudem die Ausrichtung und Neigung der Kollektoren eine wichtige Rolle. Schließlich können wir die Kraft der Sonne in beiden Fällen besser nutzen, wenn sie im optimalen Winkel auf unsere Solarplatten trifft. Auch die Wahl des Absorber-Materials und der Isolierung des Wärmeträger-Kreislaufs sind entscheidend dafür, wie effizient eine Solarthermieanlage ist.
Unterschiedliche Typen von Solarkollektoren
Die bekanntesten Arten von Solarkollektoren sind der Röhrenkollektor, der Flachkollektor und der Luftkollektor.
Röhrenkollektoren bestehen aus Vakuumröhren, die in einer bestimmten Anordnung montiert sind. Jede Röhre enthält einen Absorber, der die Sonnenstrahlen einfängt und sie in Wärmeenergie umwandelt. Durch das Vakuum bieten die Röhren eine effiziente Wärmeisolierung und ermöglichen einen hohen Wirkungsgrad, da kaum Wärme verloren geht. Röhrenkollektoren eignen sich daher auch für den Einsatz in kälteren Klimazonen, da sie auch bei niedrigeren Temperaturen effizient arbeiten.
Flachkollektoren hingegen sind mit einer Glasabdeckung und einer Wärmedämmung versehen. Auch hier fängt ein Absorber das Sonnenlicht ein und wandelt es in Wärme um. Flachkollektoren sind in der Regel kostengünstiger, haben dafür aber einen geringeren Wirkungsgrad. Daher werden sie insbesondere zur Warmwassergewinnung in Haushalten eingesetzt. Sie sind in der Regel robust und wenig anfällig für Beschädigungen durch äußere Einflüsse.
Bei den Luftkollektoren funktioniert die Wärmegewinnung etwas anders. Hier wird keine Trägerflüssigkeit, sondern Luft als Medium genutzt. Die Absorber fangen die Sonnenstrahlen also ein, um die darin enthaltene Wärme an die Luft abzugeben. Die erwärmte Luft wird dann durch einen Lüftungskanal durch das Haus geleitet und kann zur Raumheizung verwendet werden. Luftkollektoren sind im Vergleich zu den anderen Kollektoren weniger effizient und erfordern den Einbau spezieller Luftrohre im Haus.
Warmes Wasser durch Solarplatten – mit erneuerbaren Energien
In der Regel können Solarkollektoren den Warmwasserbedarf in Haushalten zu einem erheblichen Anteil decken. Damit auch die Heizung über die Anlage laufen kann, ist meist eine größere Solarthermieanlage erforderlich. Ob sich die Kosten für die Anlage dann noch mit den Aufwendungen für alternative Energien decken, muss von Fall zu Fall ermittelt und berechnet werden. Auf jeden Fall sind Solarkollektoren zur Wärmegewinnung eine umweltfreundliche Option, um die erneuerbare Sonnenenergie zu nutzen und den Bedarf an fossilen Brennstoffen zu reduzieren.
