Solaratlas für Nordrhein-Westfalen

ENERGIEAGENTUR NRW

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4.7 4.75 4.8 4.85 4.9 4.95 5.0 5.05 5.1 [kWh/(m2d)]

Inhalt

ENERGIEAGENTUR NRW

Inhalt

Vorwort 4

1 Einleitung 5

2 Kartierung der solaren Einstrahlung für Nordrhein-Westfalen 62.1 Sonnenenergie in Nordrhein-Westfalen 8

2.2 Hinweise zur Handhabung der Solar-Strahlungskarten 9

2.3 Strahlungskarten und Diagramme 11

3 Anwendungsbeispiele 423.1 Brauchwassererwärmung 43

3.2 Schwimmbadwassererwärmung 48

3.3 Raumwärmeversorgung durch solare Nahwärmesysteme 50

3.4 Passive Solarenergienutzung in Gebäuden 52

3.5 Stromerzeugung durch Photovoltaikanlagen 56

4 Planungshinweise 604.1 Genehmigung solartechnischer Anlagen 60

4.2 Kollektoreinbau 60

4.3 Netzanbindung von Photovoltaikanlagen 61

5 Anhang 625.1 Literaturhinweise 62

5.2 Weiterführende Literatur 63

5.3 Sonstiges 64

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Vorwort

An der Schwelle des 21. Jahrhun-derts nimmt die Bedeutung der regenera-tiven Energien, auch hinsichtlich derschwindenden Ressourcen fossiler Ener-gieträger und der Klimaänderung durchdie Emission anthropogener Treibhausga-se, zu. Nordrhein-Westfalen entwickeltsich durch die hier entstehenden Produk-tionsorte, aber auch durch die installier-ten Anlagen vom „Energieland Nr. 1“auch zum „Solarland Nr. 1“ in der Bundes-republik Deutschland.

In Anbetracht dieser steigendenBedeutung der Solarenergienutzung sindimmer feinere Instrumente der Vorausbe-stimmung von Anlagenerträgen und sola-ren Beiträgen zur Raumheizung durchpassive Solarenergienutzung notwendig.Der hier erstmals vorgelegte Solaratlasfür Nordrhein-Westfalen soll den Planernvon Solaranlagen, aber auch Architektenbei der Planung von Gebäuden helfen, diesolaren Rahmenbedingungen genauer zuermitteln und damit die Erträge der Anla-gen sowie die passive Solarenergienutzungbei der Gebäudeplanung zu optimieren.

Das mit diesem „Solaratlas fürNordrhein-Westfalen“ vorliegende Kar-

ten- und Diagrammaterial ermöglicht dieBerechnung von solaren Einstrahlungs-werten auf beliebig ausgerichtete Flächenin Nordrhein-Westfalen. Durch diese Pub-likation der Ergebnisse einer Forschungs-arbeit des Lehrstuhls für Neue Energiesy-steme der Ruhr-Universität Bochum wer-den erstmals solare Strahlungsdaten fürNordrhein-Westfalen einer breiten Öf-fentlichkeit zugänglich gemacht. Ein be-sonderer Dank gehört diesbezüglich HerrnDr. Skiba, der nicht nur die Berechnun-gen durchgeführt und das Kartenmaterialerstellt hat, sondern unter Mitarbeit vonHerrn Dipl.-Ing. Eikmeier und Herrn Ba-resch auch die begleitenden Texte verfaß-te. Die Arbeit wurde von Herrn Czeplakvom Deutschen Wetterdienst Hamburg,Herrn Prof. Dr.-Ing. Heidt von der Uni-versität Siegen, Herrn Vogt von derabakus GmbH in Gelsenkirchen sowieden Herren Dipl.-Ing. Linnemann undReckels von der Ruhr-Universität Bo-chum unterstützt.

Die Energieagentur NRW hofft, mitdieser Veröffentlichung allen Planenden imBereich der Solarenergienutzung ein ein-faches Werkzeug zur Abschätzung solarerErträge von Anlagen und Gebäuden andie Hand zu geben und somit die weitereEntwicklung des Solarstandortes Nord-rhein-Westfalen weiter zu unterstützen.

Dr.-Ing., Dipl.-Phys.Norbert HüttenhölscherLeiter der Energieagentur NRW

Vorwort

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Einleitung

1 Einleitung

Wesentliches Ziel des REN Impuls-Programms „Bau und Energie“ der Ener-gieagentur NRW, das vom nordrhein-westfälischen Ministerium für Städtebauund Wohnen, Kultur und Sport getragenwird, ist es, durch einen qualifiziertenKnow-how-Transfer alle, die im BauwesenVerantwortung tragen, für ein energiebe-wußtes, ökologisches und damit ganz-heitliches Bauen zu sensibilisieren. Einwichtiges Planungselement im Rahmeneiner rationellen Energienutzung stelltdabei die passive und aktive Nutzung derSonnenenergie dar.

Für die Auslegung solarthermischerund photovoltaischer Anlagen bzw. diePlanung von Niedrigenergie- und Solar-architekturen sind detaillierte Kenntnisseüber vorhandene und nutzbare Sonnen-energie am geplanten Standort notwendig.

Die vorliegenden Karten und Dia-gramme sind das Ergebnis weiterführen-der Arbeiten eines von der Arbeitsge-meinschaft Solar Nordrhein-Westfalen ge-förderten Forschungsvorhabens. Für NRWwurde hier die solare Einstrahlung ermit-telt. Selbstverständlich kann eine solche,auf mittleren Monatswerten basierendeBerechnung nicht eine detaillierte Bedarfs-erhebung, Ertragsprognose und Ausle-gung der einzelnen Anlagenteile ersetzen.Vielmehr soll ein Überblick über die ein-setzbaren Techniken sowie die zu erwar-tenden Erträge und Kosten gegeben wer-den. Die Strahlungsdaten können darüberhinaus auch als Input für eine Vielzahl vonSimulationsprogrammen zur genauen Di-mensionierung solartechnischer Systemedienen.

Die Betriebswirtschaftlichkeit ei-ner Solaranlage ist vom Anlagensystem,dessen Einsatz und Dimensionierung ab-hängig. Während die Bereitstellung vonWärme durch Sonnenenergie im Ver-gleich zur Verwendung fossiler Energie-träger in unseren Breitengraden zum Teil

schon konkurrenzfähig ist, werden bei derStromerzeugung mit Photovoltaikanlagendeutlich höhere Energieentstehungskostenals die allgemein üblichen Strombezugs-kosten der Versorgungsunternehmen her-vorgerufen. Die Gründe hierfür liegen ei-nerseits in den hohen Produktionskosten,die zukünftig durch automatisierte indu-strielle Massenfertigung gesenkt werdenkönnen, und andererseits in dem relativniedrigen Wirkungsgrad, wobei hier auf-grund von Forschungsaktivitäten eineSteigerung zu erwarten ist.

Die verschiedenen, bisher realisier-ten Beispielanlagen (z.B. Unterstützungder Warmwasserbereitung, Schwimmbad-wassererwärmung) zeigen jedoch, daß dieSolarenergienutzung in zahlreichen Fälleneine sinnvolle Maßnahme zur rationellenEnergieverwendung darstellt. Darüberhinaus ist es vor dem Hintergrund derEndlichkeit fossiler Energieträger und desumweltschädigenden Einflusses techni-scher Verbrennungsprozesse im Sinne ei-ner nachhaltigen Energiewirtschaft rat-sam, die Möglichkeiten zur Nutzung dersolaren Einstrahlung auszuschöpfen undweiter zu erforschen, zu erproben und dieheutigen Techniken und Erkenntnisse ei-ner breiten Öffentlichkeit zugänglich zumachen.

Vor diesem Hintergrund möchtedie vorliegende Publikation nicht nur alle,die im Bauwesen Verantwortung tragen,sondern auch die gesamte nordrhein-west-fälische Bevölkerung informieren und einInteresse für die verstärkte Nutzung derSonnenenergie wecken.

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Kartierung der solaren Einstrahlung

2 Kartierung dersolaren Einstrah-lung für Nord-rhein-Westfalen

Die Sonnenstrahlung unterliegtbeim Durchgang durch die Erdatmosphä-re verschiedenen Streu- und Absorptions-prozessen, welche die Intensität und dasSpektrum beeinflussen. Im weltweitenMittel erreicht daher nur etwa ein Anteilvon 50% der extraterrestrischen Sonnen-energie als diffuse (gestreute) und direkte(unbeeinflußte) Strahlung die Erdober-fläche, wovon ca. 6% durch Reflexionwiederum abgestrahlt werden. Die großenräumlichen und zeitlichen Schwankungendes solaren Strahlungsangebots werdendurch klimaspezifische Faktoren und diegeographische Lage verursacht.

Der dominierende Einfluß wirddabei einerseits durch die Häufigkeit, Artund Form der Bewölkung und anderer-seits durch die Länge des Weges, welchedie Strahlung durch die Erdatmosphärezurücklegt, ausgeübt. Sekundäre Effektetreten durch die Luftzusammensetzung(Trübungsfaktor), das Reflexionsvermö-gen des Bodens (Albedo) und die geogra-phische Höhenlage auf.

Die höchsten Einstrahlungssum-men werden in Äquatornähe mit ca. 2.400kWh/(m2a) erreicht. Bevorzugte Gebietezur effizienten Ausschöpfung des solarenStrahlungspotentials sind wegen ihrerÄquatornähe Südamerika, Zentralafrikaund Südostasien. Ebenfalls hohe Jahres-summen – jedoch verbunden mit größerensaisonalen Schwankungen – liegen in Nord-afrika, Kleinasien, Indien, im Südwestender USA und Mexiko, im Westen Perusund Chiles, in Zentral- und Nordaustrali-en sowie in Südafrika vor.

Abb. 1: Weltweite Verteilung der Globalstrahlung, nach [1]

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Innerhalb der Europäischen Unionschwankt das mittlere Strahlungsangebotzwischen ca. 850 kWh/(m2a) im NordenGroßbritanniens und Schwedens und 1.750kWh/(m2a) in Südspanien, Portugal, Sizili-en und im Süden Griechenlands [2]. In derBundesrepublik Deutschland werden aufden vorgelagerten Nordseeinseln Wertebis zu 1.100 kWh/(m2a), in der norddeut-schen Tiefebene zwischen ca. 950 und ca.1.050 kWh/(m2a) und in Mitteldeutsch-land zwischen ca. 930 und 1.000 kWh/(m2a)im Mittel registriert. Die höchsten Jahres-summen der Globalstrahlung (bis zu ca.1.200 kWh/(m2a)) werden bereichsweisein Süddeutschland erreicht. Insgesamt kanndas jährliche Strahlungsangebot in derBundesrepublik Deutschland im räumli-chen und zeitlichen Mittel mit ca. 1.075kWh/(m2a) angegeben werden. Die räum-liche Variationsbreite beträgt dabei rund12%, was in etwa auch der zeitlichen Streu-ung der Jahressummen unterschiedlicherJahrgänge entspricht. Alle angegebenenWerte beziehen sich auf abschattungs-freie, horizontale Empfangsebenen.

Strahlungskartierungen dienen derübersichtlichen Darstellung der räumli-chen Variationsbreite solarer Strahlungund können u.a. zur überschlägigen Aus-legung solartechnischer Anlagen oder zurAuswahl von Standorten zentraler Anla-gen zur Sonnenenergienutzung dienen.

Abb. 2: Solartankstelle

2.1 Sonnenenergie in Nordrhein-Westfalen

Die Verteilung der solaren Ein-strahlung im Jahresmittel in Nordrhein-Westfalen richtet sich deutlich nach dengeographischen Merkmalen der Region(s. Abb. 32). Während im Hochsauerlandeine ausgeprägte Senke feststellbar ist,steigen im Flachland (Münsterland, Nie-derrheinische Tiefebene) die Jahressum-men der globalen Einstrahlung kontinu-ierlich zu höheren Werten an. Der Grundhierfür liegt darin, daß sich die Bewöl-kungsdichte aufgrund der Abkühlungaufsteigender Luftmassen in den Mittel-gebirgslagen (Rothaargebirge) insbeson-dere in den Sommermonaten stark er-höht. Dies führt in der Folge zu einerniedrigeren Sonnenscheindauer, verbun-den mit einer geringeren Einstrahlung.

Insgesamt schwankt die globaleEinstrahlung im Jahresmittel zwischen rd.930 kWh/(m2a) und 1.010 kWh/(m2a);dies entspricht einer relativen Schwan-kungsbreite von rd. 8%. Die Verteilungender globalen Strahlung in den Winter- undSommermonaten weisen hohe qualitativeund quantitative Unterschiede auf. ImDezember (s. Abb. 26) schwankt das Strah-lungsangebot zwischen rd. 0,4 kWh/(m2d)und rd. 0,6 kWh/(m2d), wobei ein ausge-prägtes Nord-Süd Gefälle zu erkennen ist.Bei relativ homogenen klimatischen Be-dingungen wird die Verteilung in einemhohen Maße durch die mit der geographi-

schen Breite variierenden extraterrestri-schen Strahlung auf eine horizontale Flä-che verursacht. Im Juni (s. Abb. 14) liegtdie räumliche Variation der solaren, glo-balen Einstrahlung mit rd. 0,6 kWh/(m2d)im Vergleich zum Dezember um das Drei-fache höher. Das solare Strahlungsange-bot übersteigt im räumlichen Mittel mitrd. 5 kWh/(m2d) die Einstrahlung im De-zember um das Zehnfache. Der dominie-rende Einfluß auf die räumliche Vertei-lung wird dabei von den geographischenGegebenheiten und der damit zusammen-hängenden Bewölkungssituation ausgeübt.

Ergebnis: Der Anteil der diffusenStrahlung an der Globalstrahlung liegt inNordrhein-Westfalen im Jahresmittel beiBetrachtung horizontaler Flächen durch-weg zwischen 59% und 61%. Aufgrunddieser hohen Werte sind solartechnischeAnwendungen, die nur direkte Strahlungnutzen können (bspw. Solarturmkraftwer-ke), nicht empfehlenswert. Für eine effizi-ente Nutzung der solaren Strahlung mitAnlagen zur Wärme- oder Stromerzeu-gung ist in Nordrhein-Westfalen die Mög-lichkeit zur Verwendung diffuser und di-rekter Strahlung eine notwendige Voraus-setzung.

8

Sonnenenergie in Nordrhein-Westfalen

Um von der Tagessumme auf diemonatliche Summe der GlobalstrahlungGh auf diese Fläche hochzurechnen, mußder ermittelte Tageswert mit der Anzahlder Tage im Monat – in diesem Fall m = 30(Spalte S2 in Tabelle 1, S. 10) – multipliziertwerden. Daraus ergibt sich eine Global-strahlungssumme auf die horizontaleFläche für Wuppertal im Juni von 144,75kWh/m2 (Spalte S3 in Tabelle 1, S. 10).

Anschließend muß die Einstrah-lung auf die horizontrale Fläche auf dieum 40° geneigte und nach Südwesten(SW) ausgerichtete Fläche umgerechnetwerden. Hierzu wird das nebenstehendeDiagramm verwendet, welches dem aufSeite 23 entspricht. Wählen Sie an deroberen Hälfte des Halbkreises den ge-suchten Neigungswinkel von 40° und fol-gen Sie von da aus dem Pfeil entlang derweißen Linie des Koordinatensystems biszum Schnittpunkt mit der gesuchten Aus-richtung SW (Südwest). An der Farbskalakann für den ermittelten Punkt ein Wertzwischen 90 und 100% abgelesen werden.Die gestrichelte Linie entspricht dem Mit-telwert der Klasse, also 95%. Der von unsgesuchte Punkt liegt jedoch noch etwasweiter zum Zentrum des Koordinatensy-stems, so daß wir den Flächenfaktor f zu96% abschätzen (Spalte S4 in Tabelle 1,S. 10) können. Durch Multiplikation deroben ermittelten Globalstrahlung auf diehorizontale Fläche (144,75 kWh/m2) mitdem Flächenfaktor f für die geneigteFläche (0,96) ergibt sich die Globalstrah-lungssumme Gg für eine um 40° geneigteund nach Südwesten ausgerichtete Flächein Wuppertal im Juni von 139,0 kWh/m2.

In der Tabelle 1 (S. 10) finden Sieneben dem beispielhaft berechneten Wertfür den Monat Juni auch die Werte derübrigen Monate, Perioden und des Jahresfür die im Beispiel gewählte Fläche.

2.2 Hinweise zur Hand-habung der Solar-Strahlungskarten

Die Ermittlung der Globalstrah-lungssummen für beliebig geneigte Flächenanhand des Kartenmaterials und der Dia-gramme wird exemplarisch für eine um40° geneigte, südwestlich ausgerichteteDachfläche im Monat Juni am StandortWuppertal ermittelt.

Zunächst wird aus der Karte aufSeite 22 die monatlich mittlere Tagessum-me T der Globalstrahlung auf eine hori-zontale Fläche im Juni für Wuppertal ab-gelesen. Die Klassengrenze aus der Farb-skala sind 4,8 und 4,85 kWh/m2d. Fürdie Berechnung wird der Mittelwert4,825 kWh/m2d gewählt (Spalte S1 in Ta-belle 1 auf Seite 10).

Abb. 3: Beispielhafte Ermittlung des Flächenfaktors aus Abb. 15 für eine 40° geneigte, südwestlich orientierte Fläche für den Monat Juni

Zur Handhabung der Solar-Strahlungskarten

Für das hier gewählte Beispiel er-gibt sich eine Jahressumme von rd. 1.054kWh/m2, die sich mit rd. 764 kWh/m2 zu72,5% auf das Sommerhalbjahr bzw. mitrd. 290 kWh/m2 zu 27,5% auf das Winter-halbjahr aufteilt. Wenn die solare Ein-strahlung nur für das Winter- oder Som-merhalbjahr bzw. für das gesamte Jahr ge-sucht ist, können die Werte auch ohneSummation über die einzelnen Monate di-rekt aus den Abb. 28 bis Abb. 33 nach derbeschriebenen Methode ermittelt werden.

10

Spalte

Monat

Januar

Februar

März

April

Mai

Juni

Juli

August

September

Oktober

November

Dezember

Sommer (April-Sept.)

Winter (Okt.-März)

Jahr

S1

T [kWh/m2d]

0,625

1,275

2,275

3,525

4,575

4,825

4,425

3,975

2,925

1,775

0,775

0,525

S2

m [d]

31

28

31

30

31

30

31

31

30

31

30

31

S3

Gh [kWh/m2]

S3 = S1 x S2

19,375

35,700

70,525

105,750

141,825

144,750

137,175

123,225

87,750

55,025

23,250

16,275

S4

f [-]

1,42

1,35

1,18

1,08

1,01

0,96

0,98

1,06

1,17

1,34

1,43

1,45

S5

Gg [kWh/m2]

S5 = S3 x S4

27,5

48,2

83,2

114,2

143,2

139,0

134,4

130,6

102,7

73,7

33,2

23,6

764,1

289,4

1.053,6

T : Monatlich mittlere Tagessumme.m : Anzahl der Tage pro Monat.Gh : Monatssumme der Globalstrahlung auf eine horizontale Fläche.

f : Flächenfaktor gemäß einer Neigung der Fläche von 40° und einer Ausrichtung von 135° (SW)Gg : Monatssumme der Globalstrahlung auf eine 40° geneigte, südwestlich ausgerichtete Fläche.

Tab. 1: Beispielhafte Ermittlung der solaren Einstrahlung für eine 40°geneigte, südwestlich ausgerichtete Fläche in Wuppertal

2.3 Strahlungskarten undDiagramme

Die folgenden Abbildungen 4 bis33 zeigen für jeden Monat, das Jahr sowiegetrennt für Winter- und Sommerhalbjahreinerseits die Verteilung der solaren Ein-strahlung in Nordrhein-Westfalen und an-dererseits Diagramme zur Bestimmungder solaren Einstrahlung auf geneigteFlächen. Bei den dargestellten Wertenhandelt es sich bei den Monatskarten umlangjährige Mittelwerte der monatlichmittleren Tagessummen der Globalstrah-lung auf horizontale Flächen. In denHalbjahreskarten und der Jahreskartesind die Summen der solaren Einstrahlungüber den gesamten Zeitraum abgebildet.Die Karten wurden auf der Basis von 30-jährigen Mittelwerten der Sonnenschein-dauer an 20 Meßstationen des DeutschenWetterdienstes entwickelt [3]. Um eineübersichtliche und einfach ablesbare Dar-stellung zu erhalten, wurde auf die sonstübliche Ausweisung der solaren Strahlunganhand von Isopyren (Linien gleicher Be-strahlungsstärke) zugunsten einer Zuord-nung nach Gemeinden verzichtet. Die Ge-bietskörperschaften sind dabei durch ihrKfz-Kennzeichen des jeweiligen Kreisesmarkiert.

Der Wert der solaren Einstrahlungkann anhand einer Farbskala in zehnKlassen abgelesen werden. Zu jeder Kar-te ist ein Diagramm zur Bestimmung derEinstrahlung auf geneigte Flächen abge-bildet. Die dort abgelesenen Werte (sog.„Flächenfaktor f“) geben das mittlereVerhältnis der Monatssummen der Glo-balstrahlung G auf geneigte (Index g) undhorizontale (Index h) Empfangsflächen inDeutschland an. Die Strahlung auf einegeneigte Fläche wird durch Multiplikati-on des Flächenfaktors mit der aus der ent-sprechenden Karte ermittelten Einstrah-lung in einer Gemeinde bestimmt.

Kfz.-Kennz.

AC

BI

BM

BN

BO

BOR

BOT

COE

D

DN

DO

DU

E

EN

EU

GE

GL

GM

GT

HA

HAM

HER

HF

HS

HSK

HX

K

Kreis bzw. kreisfreie Stadt

Aachen, Kreis Aachen

Bielefeld

Erftkreis

Bonn

Bochum

Kreis Borken

Bottrop

Kreis Coesfeld

Düsseldorf

Kreis Düren

Dortmund

Duisburg

Essen

Ennepe-Ruhr-Kreis

Kreis Euskirchen

Gelsenkirchen

Rheinisch-Bergischer Kreis

Oberbergischer Kreis

Kreis Gütersloh

Hagen

Hamm

Herne

Kreis Herford

Kreis Heinsberg

Hochsauerlandkreis

Kreis Höxter

Köln

Kfz.-Kennz.

KLE

KR

LEV

LIP

ME

MG

MH

MI

MK

MS

NE

OB

OE

PB

RE

RS

SG

SI

SO

ST

SU

UN

VIE

W

WAF

WES

Kreis bzw. kreisfreie Stadt

Kreis Kleve

Krefeld

Leverkusen

Kreis Lippe

Kreis Mettmann

Mönchengladbach

Mülheim an der Ruhr

Kreis Minden-Lübbecke

Märkischer Kreis

Münster

Kreis Neuss

Oberhausen

Kreis Olpe

Kreis Paderborn

Kreis Recklinghausen

Remscheid

Solingen

Kreis Siegen-Wittgenstein

Kreis Soest

Kreis Steinfurt

Rhein-Sieg-Kreis

Kreis Unna

Kreis Viersen

Wuppertal

Kreis Warendorf

Kreis Wesel

Strahlungskarten und Diagramme

Tab. 2: Kfz.-Kennzeichen der Kreise und kreisfreien Städte in Nordrhein-Westfalen

12

BN

EU

SU

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AC DN

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MK

HSKHAEN

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MS

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REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 [kWh/(m2d)]

Abb. 4: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlung im Januar für Nordrhein-Westfalen

Januar

Abb. 5: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im Januar

14

Februar

BN

EU

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AC DN

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LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

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MS

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REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 [kWh/(m2d)

Abb. 6: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlung im Februar für Nordrhein-Westfalen

Abb. 7: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im Februar

16

März

BN

EU

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AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

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HERDO

UN HAM

SO

PBHX

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ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

2.15 2.2 2.25 2.3 2.35 2.4 2.45 2.5 2.55 [kWh/(m2d)]

Abb. 8: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlungim März für Nordrhein-Westfalen

Abb. 9: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im März

18

April

BN

EU

SU

AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

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ST

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MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

3.4 3.45 3.5 3.55 3.6 3.65 3.7 3.75 3.8 [kWh/(m2d)]

Abb. 10: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlung im April für Nordrhein-Westfalen

Abb. 11: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im April

20

Mai

BN

EU

SU

AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

BO

HERDO

UN HAM

SO

PBHX

LIPBI

GT

HF

MI

ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

4.45 4.5 4.55 4.6 4.65 4.7 4.75 4.8 4.85 [kWh/(m2d)]

Abb. 12: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlung im Mai für Nordrhein-Westfalen

Abb. 13: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im Mai

22

Juni

BN

EU

SU

AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

BO

HERDO

UN HAM

SO

PBHX

LIPBI

GT

HF

MI

ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

4.7 4.75 4.8 4.85 4.9 4.95 5.0 5.05 5.1 [kWh/(m2d)]

Abb. 14: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlung im Juni für Nordrhein-Westfalen

Abb. 15: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im Juni

24

Juli

BN

EU

SU

AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

BO

HERDO

UN HAM

SO

PBHX

LIPBI

GT

HF

MI

ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

4.3 4.35 4.4 4.45 4.5 4.55 4.6 4.65 4.7 [kWh/(m2d)]

Abb. 16: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlung im Juli für Nordrhein-Westfalen

Abb. 17: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im Juli

26

August

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EU

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AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

BO

HERDO

UN HAM

SO

PBHX

LIPBI

GT

HF

MI

ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

3.85 3.9 3.95 4.0 4.05 4.1 4.15 4.2 4.25 [kWh/(m2d)]

Abb. 18: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlung im August für Nordrhein-Westfalen

Abb. 19: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im August

28

September

BN

EU

SU

AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

BO

HERDO

UN HAM

SO

PBHX

LIPBI

GT

HF

MI

ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

2.75 2.8 2.85 2.9 2.95 3.0 3.05 3.1 3.15 [kWh/(m2d)]

Abb. 20: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlungim September für Nordrhein-Westfalen

Abb. 21: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im September

30

Oktober

BN

EU

SU

AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

BO

HERDO

UN HAM

SO

PBHX

LIPBI

GT

HF

MI

ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9 1.95 2.0 2.05 [kWh/(m2d)]

Abb. 22: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlung im Oktober für Nordrhein-Westfalen

Abb. 23: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im Oktober

32

November

BN

EU

SU

AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

BO

HERDO

UN HAM

SO

PBHX

LIPBI

GT

HF

MI

ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.0 1.05 [kWh/(m2d)]

Abb. 24: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlung im November für Nordrhein-Westfalen

Abb. 25: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im November

34

Dezember

BN

EU

SU

AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

BO

HERDO

UN HAM

SO

PBHX

LIPBI

GT

HF

MI

ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 [kWh/(m2d)]

Abb. 26: Räumliche Verteilung der monatlichen mittleren Tagessumme der Globalstrahlung im Dezember für Nordrhein-Westfalen

Abb. 27: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im Dezember

36

Winterhalbjahr

BN

EU

SU

AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

BO

HERDO

UN HAM

SO

PBHX

LIPBI

GT

HF

MI

ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

200 210 220 230 240 250 260 270 280 [kWh/m2]

Abb. 28: Räumliche Verteilung der Globalstrahlungssumme im Winterhalbjahr (Okt.-März) für Nordrhein-Westfalen

Abb. 29: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im Winterhalbjahr (Okt.-März)

38

Sommerhalbjahr

BN

EU

SU

AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

BO

HERDO

UN HAM

SO

PBHX

LIPBI

GT

HF

MI

ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

700 710 720 730 740 750 760 770 780 [kWh/m2]

Abb. 30: Räumliche Verteilung der Globalstrahlungssumme im Sommerhalbjahr (Apr.-Sept.) für Nordrhein-Westfalen

Abb. 31: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im Sommerhalbjahr (Apr.-Sept.)

40

Abb. 32: Räumliche Verteilung der Globalstrahlungssumme im Jahresmittel für Nordrhein-Westfalen

BN

EU

SU

AC

AC DN

HS

K

LEV GL

BM

GM

SI

OE

MK

HSKHAEN

BO

HERDO

UN HAM

SO

PBHX

LIPBI

GT

HF

MI

ST

BORCOE

MS

WAF

REWES

KLE

VIE

MG

KR

NE

DU

D

OB

MH

BOT

E

GE

MEW

SGRS

930 940 950 960 970 980 990 1000 1010 [kWh/(m2a)]

Jahressumme

Abb. 33: Diagramm zur Bestimmung der Globalstrahlung auf geneigte Flächen im Jahresmittel

42

3 Anwendungs-beispieleDie solare Einstrahlung kann in

technischen Anlagen zur Bereitstellungvon Wärme oder Strom genutzt werden.Die Umwandlung der Sonnenenergie inWärme erfolgt unter Einsatz von solar-thermischen Anlagen, deren Kernstückder Kollektor („Sammler“) bildet. DieAnlagen werden in Mitteleuropa im we-sentlichen zur Erwärmung von Brauch-wasser, zur Unterstützung der Raumhei-zung oder zur Beheizung von Schwimm-bädern genutzt. Nach Schätzungen desDeutschen Fachverbands Solarenergie be-trägt die in der Bundesrepublik Deutsch-land seit 1975 insgesamt installierte Kol-lektorfläche rd. 2.100.000 m2 (Stand:31.12.1997). Davon wurden allein im Jahr1997 rd. 450.000 m2 gebaut. Aus der Viel-zahl möglicher technischer Varianten undNutzungsmöglichkeiten solarthermischerAnlagen werden im folgenden die derzeithäufigsten Einsatzgebiete (Erwärmung vonBrauch- und Schwimmbadwasser) anhandtypischer Anlagenkonfigurationen erläu-tert (Kap. 3.1 und 3.2). Als ein Beispielfür eine zukünftig verstärkt genutzte Kon-zeption wird in Kap. 3.3 auch die Raum-wärmeunterstützung durch solare Nah-wärmesysteme kurz beschrieben.

Neben der Nutzung der solarenStrahlung durch aktive Systeme gewinntdie passive Solarenergienutzung im Rah-men der Niedrigenergie- und Solararchi-tektur in jüngerer Zeit an Bedeutung. Hier-bei wird versucht, den architektonischenEntwurf eines Gebäudes so zu optimieren,daß ein möglichst hoher Anteil desRaumwärmebedarfs durch den Eintragsolarer Strahlungsenergie über die Außen-fläche des Hauses gedeckt werden kann.Durch die Initialberatungen der Energie-

agentur NRW und ihr Weiterbildungs-programm REN Impuls-Programm „Bauund Energie“, die in Nordrhein-Westfa-len im Rahmen der Landesinitiative Zu-kunftsenergien geplanten „50 Solarsied-lungen“ sowie die Forschungsaktivitätender Arbeitsgemeinschaft Solar NRW imRahmen des Themenfelds „ÖkologischeBauweise und Solarenergienutzung in Ge-bäuden“ wird diesem Aspekt der Solar-energienutzung in Nordrhein-Westfalenbesondere Aufmerksamkeit gewidmet. Eserfolgt daher in Kap. 3.4 auch eine kurzeDarstellung der Möglichkeiten „energie-sparenden Bauens“ durch passive Solar-energienutzung.

Die effiziente Umwandlung derSonnenenergie in Strom kann in Nord-rhein-Westfalen nach dem heutigen Standder Technik ausschließlich durch die Nut-zung des photovoltaischen Effekts in So-larzellen erfolgen. Hierbei wird die solareStrahlung ohne den Umweg über einenthermischen Prozeß direkt in Elektrizitätüberführt. Im Gegensatz hierzu arbeitenTurm- bzw. Parabolrinnenkraftwerke miteinem zwischengeschalteten Dampfpro-zeß. Aufgrund der hierbei notwendigenKonzentration der solaren Einstrahlungkann der Betrieb solcher Anlagen nur inLändern mit einem relativ hohen Anteilder Direktstrahlung erfolgen – was inNordrhein-Westfalen jedoch nicht derFall ist.

Photovoltaikanlagen können netz-gekoppelt oder im Inselbetrieb betriebenwerden. In Nordrhein-Westfalen erfolgtder Betrieb einer Photovoltaikanlage inder Regel netzgekoppelt. Die Stromver-sorgung von Wochenendhäusern oder vonGeräten, die mit Gleichstrom betriebenwerden können, kann im Inselbetrieb er-folgen. In Kap. 3.5 wird für beide Anla-genvarianten ein Beispiel erläutert.

Anwendungsbeispiele

und nur mit hohen Kosten realisierbar.Das bedeutet, daß eine Anlage zur Er-wärmung von Brauchwasser immer nureinen Teil des Wärmebedarfs deckenkann, wenn vorausgesetzt wird, daß keinKomfortverlust eintreten soll. In die An-lagenkonzeption ist daher immer eine Zu-satzheizung integriert. Eine solarthermi-sche Anlage wird in der Regel so dimen-sioniert, daß der Warmwasserbedarf inden Sommermonaten zu 100% gedeckt,d.h. die Heizungsanlage in dieser Zeitaußer Betrieb genommen werden kann.Da konventionelle Heizungsanlagen zurDeckung des Raumwärme- und Warm-wasserbedarfs gerade in den Sommermo-naten aufgrund der häufigen und kurzenBrennerstarts mit niedrigen Wirkungsgra-den arbeiten, wirkt sich diese Auslegungs-art besonders positiv auf die Brennstoff-einsparung aus.

Abb. 34 zeigt die wesentlichenKomponenten und das Funktionsprinzipeiner Solaranlage zur Warmwasserberei-tung. Bei der dargestellten Anlage han-delt es sich um ein üblicherweise verwen-detes Zweikreissystem mit Zwangsum-lauf, d.h. der Brauchwasserkreis ist vomSolarkreis räumlich getrennt angeordnet.Die Anlage besteht im wesentlichen auseinem Kollektor, einer Solarstation, ei-nem Speicher, einer Zusatzheizung undden entsprechenden Rohrleitungen. ImFlachkollektor (s. Abb. 35) wird die Ener-gie der solaren Strahlung an der schwar-zen Oberfläche des Absorbers in Wärmeumgewandelt und an die Wärmeträger-flüssigkeit, welche zur Vermeidung vonFrostschäden in der Regel aus einemWasser-Glykol-Gemisch besteht, weiter-gegeben.

3.1 Brauchwasser-erwärmung

Durch Solaranlagen zur Erwär-mung von Brauchwasser können ca. 50-80% des sonst hierzu benötigten Brenn-stoffes eingespart werden. Dem im Jah-resverlauf relativ konstanten Bedarf anBrauchwarmwasser zum Duschen etc. inden privaten Haushalten steht der mit ho-hen saisonalen Schwankungen ausgepräg-te Jahresgang der solaren Einstrahlunggegenüber. Würde eine solarthermischeAnlage so ausgelegt werden, daß derBrauchwarmwasserbedarf auch z.B. nochim Dezember gedeckt wird, müßte eineunverhältnismäßig große Kollektorflächeinstalliert werden. Die dann im Sommerproduzierte überschüssige Wärme würdein den meisten Fällen ungenutzt bleiben.Eine solche Anlage wäre nicht effektiv

Brauchwassererwärmung

Brauchwasser-speicher

Solarkollektor

Warmwasser

Kaltwasser

Zusatz-heizung

Solarstation

Abb. 34: Prinzipskizze der Komponenten und Funktionsweise einersolarthermischen Anlage zur Brauchwassererwärmung

Für die Bestimmung der notwen-digen Kollektorfläche ist es zunächst er-forderlich, den Energiebedarf EBW zur Er-wärmung des Brauchwassers zu bestimmen.Er errechnet sich aus dem Produkt destäglichen Warmwasserverbrauchs V, derAnzahl der Verbrauchstage d und der En-ergiemenge Q, die zur Erwärmung einesLiters Wasser auf ein gewünschtes Tem-peraturniveau notwendig ist:

Zur Vermeidung von Wärmever-lusten ist der Kollektor an der Vordersei-te durch eine Glasscheibe und an derRückseite durch eine Wärmedämmschichtisoliert. Daneben können auch Vakuum-röhren- oder Vakuumflachkollektoren ein-gesetzt werden. In Vakuumröhrenkollek-toren sind einzelne Absorberstreifen inevakuierten (luftleeren) Röhren angeord-net. Der Vorteil dieser Bauart besteht inden geringen Wärmeverlusten und derMöglichkeit zur Erzielung höherer Tem-peraturen, wodurch – je nach gefordertemTemperaturniveau – auch ein Einsatz zurProzeßwärmeentstehung im industriellenBereich möglich wird.

Die Solarstation umfaßt nebenMeß- und Regelungsinstrumenten und einem Membranausdehnungsgefäß einePumpe zur Aufrechterhaltung des Kreis-laufs zwischen Kollektor und Speicher.Da Energiebedarf und -angebot zeitlichnicht übereinstimmen, ist ein Speicher er-forderlich, dessen Wasser durch das Was-ser-Glykol-Gemisch des Solarkreislaufsüber einen Wärmetauscher aufgeheiztwird. Die Regelung des Kreislaufs wirdvon zwei Temperaturfühlern übernom-men, die im Kollektor und im unteren,kälteren Teil des Speichers angeordnetsind. Liegt die Temperatur der Wärme-trägerflüssigkeit im Kollektor einige Gradhöher als diejenige im Speicher, startetdie Pumpe, so daß die Wärme an denSpeicher abgegeben werden kann. BeiBedarf kann das warme Wasser dann überden Brauchwasserkreislauf dem Speicherentnommen werden. Zur Gewährleistungeiner konstanten Brauchwassertempera-tur wird eine konventionelle Nachheizungeingesetzt, die beim Absinken der Tem-peratur im oberen, warmen Teil des Spei-chers unter einen bestimmten Schwell-wert anspringt und über einen Wärme-tauscher das Brauchwasser zusätzlich er-wärmt.

44

EBW = V x d x Q

Der Warmwasserverbrauch hängtstark von den individuellen Gewohnhei-ten ab und schwankt zwischen ca. 20 und60 Liter pro Tag und Person. Grundsätz-lich sollte versucht werden, den Warm-wasserverbrauch zu minimieren. Ein Wan-nenbad verbraucht bspw. – im Vergleichzum Duschen – ca. 100 Liter mehr. Sinn-voll ist es auch, Wasch- und Geschirrspül-maschinen direkt mit einem Warmwasser-anschluß zu betreiben, da hiermit die Ener-gieverluste, die in der Umwandlungskettevom Primärenergieträger (z.B. Kohle) in

Kraftwerken bis zur Umwandlung desStroms in Wärme beim Endverbraucherentstehen, vermieden werden.

Wenn der Warmwasserverbrauchnicht bekannt ist, kann in den privatenHaushalten von 50 Litern pro Tag undPerson ausgegangen werden. Pro LiterWasser sind rd. 0,05 kWh (einschließlichaller Wärmeverluste) notwendig, um dasWasser auf eine Temperatur von ca. 45 °Czu erwärmen. Der Jahresenergiebedarfbestimmt sich dann für einen Vierperso-nenhaushalt zu:

Abb. 35: Handelsüblicher Flachkollektor

EBW = 4 x 50 l/d x 365 d x 0,05 kWh/l = 3.650 kWh

Die notwendige Kollektorfläche Fkann aus dem Energiebedarf EBW derJahressumme der Globalstrahlung Gg inder Ebene des Kollektors am gewähltenStandort, dem gewünschten Deckungs-grad D sowie dem Jahresnutzungsgrad ηder Anlage bestimmt werden. Der Dek-kungsgrad gibt dabei den Anteil desdurch Solarenergie abzudeckenden Wär-mebedarfs an, während der Jahresnut-zungsgrad den Anteil der nutzbaren Strah-lungsenergie an der gesamten von derFläche empfangenen Strahlung beschreibt.

Der Jahresnutzungsgrad ist abhän-gig vom Deckungsgrad, wobei generellgilt, daß mit steigendem Deckungsgradder Nutzungsgrad sinkt, da mit steigenderKollektorfläche immer mehr überschüssi-ge Wärme im Sommer verloren geht. DerDeckungsgrad nimmt üblicherweise Wer-te zwischen 50 und 70% an. In diesem In-tervall kann der Jahresnutzungsgrad füreinen Flachkollektor mit ca. 40% angenom-men werden. Für einen Vierpersonenhaus-halt ergibt sich nach obiger Formel bei ei-nem Deckungsgrad von D = 60% die ge-suchte Kollektorfläche zu:

Eine weitere wichtige Auslegungs-größe stellt das Volumen des Brauchwas-serspeichers dar. Der Speicher sollte soausgelegt sein, daß in den Sommermona-ten ein bis zwei Tage ohne Sonnenscheinzu überbrücken sind. Das Volumen be-trägt demnach das ein- bis zweifache destäglichen Warmwasserverbrauchs. In demgewählten Beispiel ist ein Speichervolu-men von 300 Liter angemessen.

Eine monatsweise Berechnung desmit dieser Anlage erzielbaren Deckungs-grads ist mit dem sog. f-Chart-Verfahrenmöglich, wobei hier neben den Monats-summen der Globalstrahlung, welche inden Karten in Kap. 2 ausgewiesen sind,auch die Monatsmittelwerte der Umge-bungstemperatur benötigt werden [5]. FürNordrhein-Westfalen sind diese im nord-rhein-westfälischen Klimaatlas [4] zusam-mengestellt.

Darüber hinaus sind mittlerweilemehrere Programme zur Auslegung vonsolarthermischen Anlagen auf dem Markt.Abb. 36 zeigt die nach der f-chart-Metho-de berechneten monatlich erzielbarenDeckungsgrade für die gewählte Anla-genkonfiguration.

Der Deckungsgrad variiert dem-nach zwischen etwa 5% im Dezember und100% in den Monaten Juni bis August.

46

D x EBWF = –––––––––

η x Gg

0,6 x 3.650 kWhF = ––––––––––––––––––– = 5,2 m2

0,4 x 1.054 kWh/ m2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

Sola

rer

Dec

kungsg

rad

Monat1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Abb. 36: Mittlere monatliche Deckungsgrade für eine typische solar-thermische Anlage zur Brauchwassererwärmung

Abb. 37: Beispiele einer dachinte-grierten Kollektoranlage

Die gesamten Investitionskosten(einschließlich Installation) belaufen sichfür solare Brauchwasseranlagen derzeit(Stand: Dezember 1997) auf ca. 1.300 bis2.300 DM/m2 [7], d.h für das gewählteBeispiel ergibt sich eine Investitionssum-me zwischen ca. 7.000 DM und 12.000 DM.Wenn die Montage in Eigenarbeit erfolgt,kann sich die Investition deutlich verrin-gern. Neben der Förderung aus der RENBreitenförderung des Landes Nordrhein-Westfalen werden in vielen Städten vonEnergieversorgungsunternehmen und/oderKommunen Investitionszuschüsse gewährt.

Die spezifischen Wärmekosten fürsolarthermische Anlagen zur Brauchwas-sererwärmung liegen etwa zwischen 15und 30 Pf/kWh (ohne Förderung). Abb. 37zeigt ein Beispiel einer typischen Kollek-toranlage zur Brauchwassererwärmung.

3.2 Schwimmbadwasser-erwärmung

In der Bundesrepublik Deutsch-land gibt es ca. 3.800 öffentliche Freibäder,die nahezu alle beheizt sind. Mittlerweilesind in 487 Bädern Solaranlagen mit insge-samt 302.566 m2 Absorberkollektorflächeinstalliert (Stand: 31.12.1997) [6]. BeiFreibädern besteht eine hohe Korrelationzwischen dem Wärmebedarf einerseitsund dem solaren Strahlungsangebot an-dererseits, da die Bäder in der Regel in denSommermonaten (Mai bis September),also genau in der Zeit hoher solarer Er-träge einer Solaranlage geöffnet sind.

Die Temperaturdifferenzen sind indiesem Anwendungsfall sehr niedrig, sodaß statt der üblichen Kollektorsystemeunverglaste Absorber zum Einsatz kom-men können, welche nicht nur deutlichkostengünstiger sind, sondern wegen derniedrigen Wassertemperaturen ähnlichhohe Erträge wie verglaste Kollektoren er-zielen.

Die Solaranlage wird direkt in denBeckenwasserkreislauf hinter der Filter-anlage integriert und kommt ohne Spei-cher aus. Diese Einbindung ermöglichtniedrige Investitionskosten durch eine ein-fache Installation. In der Regel wird durchdie Absorber nur ein Teilstrom erwärmtund anschließend dem Hauptkreis wiederbeigemischt. Eine einfache Temperaturre-gelung sorgt dafür, daß der Absorberkreisabgeschaltet wird, um Verluste durch Wär-meabgabe zu vermeiden, wenn die Sonnen-strahlung zu niedrig ist oder das Becken-wasser bereits so warm ist, daß eine zusätz-liche Erwärmung von den Badegästen nichtmehr als angenehm empfunden wird.

Die Einbindung des Duschwasser-systems kann sinnvoll sein, wenn diesesehr kostengünstig erfolgt. Das kalte Was-ser, das dem heißen Speicherwasser zumErreichen der gewünschten Duschwasser-temperatur beigemischt wird, wird dannvon der Absorberanlage vorgewärmt.

Die Dimensionierung der Absor-berfläche hängt in erster Linie von derGröße der Beckenoberfläche ab. In derRegel sollte sie das 0,5 bis 0,9-fache derBeckenoberfläche betragen. In den meistenFällen ist die verfügbare Fläche bereitsdurch die unverschattete Dachfläche derzugehörigen Gebäude zur Installation vor-gegeben.

Für das in Kap. 2.2 gewählte Bei-spiel am Standort Wuppertal beträgt diesolare Einstrahlung in den Monaten derBadesaison (Mai bis September) rund 650kWh/m2. Es kann ein Absorbernutzungs-grad von etwa 40% angenommen werden,so daß sich ein spezifischer Ertrag der Ab-sorber von rund 260 kWh/m2 ergibt. DieAbhängigkeit von Ausrichtung und Nei-gung der genutzten Flächen ist dabei rela-tiv gering, wichtiger sind die Temperatu-ren des Beckenwassers. Je niedriger dieseliegen, um so höher fallen die Erträge aus.

Die Heizenergieersparnis beträgtetwa 300 kWh pro Quadratmeter Absor-berfläche und Jahr, sie hängt auch von derGüte der verwendeten Heizungsanlagenab. Zusätzlich kann die Solaranlage beider Beckenbefüllung zu Beginn einerBadesaison sehr wirkungsvoll zur Erster-wärmung des kalten Frischwassers genutztwerden.

48

Absorber

Steuerung

Filter

Schwimmbecken

Abdeckung

Zusatzheizung

Abb. 38: Prinzipskizze einer solarthermischen Anlage zur Schwimm-badwassererwärmung

Schwimmbadwassererwärmung

Der Heizwärmebedarf eines Frei-bades liegt bei einer Mindesttemperaturdes Beckenwassers von 23 °C in der Grös-senordnung von 250 - 400 kWh pro Qua-dratmeter Beckenfläche. Er ist stark vomMikroklima, d.h. den örtlichen Gegeben-heiten abhängig, da zwei Drittel der Wär-meverluste durch Verdunstung entstehen.Die Menge des verdunsteten Wassers hängtdabei vor allem von der Windgeschwin-digkeit ab. Auch die Stütztemperatur desBeckenwassers, die sehr oft noch nichtaußentemperaturabhängig geregelt wird,spielt eine große Rolle. Schon die Absen-kung um ein Grad Celsius kann bis zu 40%Nachheizenergie sparen. Auf eine fossileNachheizung des Beckenwassers kann beigeringen Einschränkungen im Komforteventuell ganz verzichtet werden. Diesebetreffen nur eine sehr geringe Zahl derBadegäste, da die meisten Besucher aus-schließlich an warmen und sonnigen Ta-gen in die Freibäder kommen.

Eine weitere Möglichkeit zur Ver-ringerung von Wärmeverlusten des Bek-kens ist die Installation einer Beckenab-deckung, die über Nacht aufgezogen wirdund eine Verdunstung von Beckenwasservermeidet. In den meisten Fällen werdenKunststoffolien oder aufgereihte Kunst-stoffhohlstäbe verwendet, die auf einer amBeckenrand befindlichen Rolle aufgewik-kelt werden können. Die erforderlicheNachheizenergiemenge kann so durchaushalbiert werden. Die Nachteile dieser Sy-steme liegen in den hohen Kosten undmöglichen Problemen bei der praktischenAnwendung, z.B. durch ein Verknitternder Folien und Schwierigkeiten beim Ein-und Ausrollen. Voraussetzung für einevollständige Abdeckung der Beckenober-fläche ist eine rechteckige Beckenform.

Absorberanlagen lassen sich heut-zutage bereits für 150 - 200 DM pro Qua-dratmeter installieren. Alle Hersteller bie-ten 10 - 15 Jahre Garantie für ihre Absor-ber [7]. Die Lebensdauer kann mit min-destens 20 Jahren angenommen werden.Aufgrund der geringen spezifischen Ko-sten stellen Solaranlagen zur Erwärmungvon Beckenwasser in Freibädern somiteine der wirtschaftlichsten Anwendungender Solarthermie dar.

In Hallenbädern lassen sich solcheAnlagen ebenfalls nutzen, dort wird jedoch nur rund ein Drittel des Wärme-verbrauchs für die Beckenwassererwär-mung aufgewendet. Die Verbrauchsschwer-punkte liegen hier beim Lüftungs- undTransmissionswärmebedarf der Schwimm-halle. Außerdem werden sie ganzjährigbetrieben, so daß der solare Wärmeanteilinsgesamt unter 20% liegt.

Abb. 39: Beispiel einer solaren Schwimmbadwassererwärmung

3.3 Raumwärmeversorgungdurch solare Nahwärme-systeme

Rund drei Viertel des Endenergie-verbrauchs der privaten Haushalte wer-den zur Deckung des Raumwärmebedarfsverwendet, nur rund ein Achtel fällt fürdie Brauchwassererwärmung an. Daherwäre es wünschenswert, solare Wärmenicht nur für die Erwärmung des Warm-wassers, sondern auch zur Beheizung vonWohnraum zu nutzen. Durch die zeitlicheVerschiebung von hohem Strahlungsan-gebot im Sommer und Nachfrage nachRaumwärme in den Wintermonaten isthierfür ein saisonaler Speicher nötig. Ernimmt die Solarenergie im Frühjahr undSommer auf und speichert sie, bis er inder Heizperiode wieder entladen wird.Erste Anlagen sind seit 1996 z.B. in Ham-burg-Bramfeld, Chemnitz und Friedrichs-hafen in Betrieb.

Die benötigten Speichervoluminasind erheblich. Um große Speicher (s.Abb. 41) wirtschaftlich bauen und betrei-ben zu können, sollte eine größere An-zahl von Gebäuden durch ein Nahwärme-netz miteinander verbunden werden. Die-se werden dann von einem gemeinsamensaisonalen Speicher versorgt. Das Fas-sungsvermögen solcher Speicher beträgtmehrere tausend bis zehntausend Kubik-meter. Derzeit werden verschiedene Bau-formen untersucht, z.B. Erdbeckenbeton-speicher (Speichermedium Wasser), Erd-beckenspeicher (Speichermedium Kies-Wasser-Schüttung), Erdsondenspeicher(Speichermedium Erdreich) und Aquifer-speicher (Speichermedium Grundwasserund Erdreich). Speziell in Nordrhein-West-falen bietet sich die Nutzung von unterirdi-schen Grubenräumen der zahlreichenBergwerke an. Die Forschungen sollen zei-gen, wie sich die derzeit noch sehr hohenKosten der Speicher reduzieren lassen.

Die einzelnen Gebäude werdenüber das Nahwärmenetz mit der notwen-digen Wärme für die Raumheizung unddas Warmwasser versorgt. Sie wird direktdurch die Kollektoren oder durch dieEntladung des saisonalen Speichers zurVerfügung gestellt. Ist die solare Energie-menge nicht ausreichend, wird zusätzlichmit fossilen Brennstoffen nachgeheizt.Diese Aufgabe übernehmen in der Heiz-zentrale angebrachte Kessel oder einBlockheizkraftwerk, das dann noch einenTeil des Strombedarfs der Häuser deckenkann. Die Häuser werden in der Regelmit kompakten Wärmetauschern, denHausübergabestationen, an das Nahwär-menetz angeschlossen.

50

Heizzentrale

Kollektorfeld

WT

R aumheizung

Warmwasser

Kaltwasser

WT

Warmespeicher..

Solarstation

WT: Warmetauscher..

Abb. 40: Prinzipskizze einer solargestützten Nahwärmeversorgung

Raumwärmeversorgung

Nahwärmenetze lassen sich gera-de in Neubaugebieten heute kostengün-stig realisieren, sie sind oft mit einem ge-ringeren Investitionsbedarf als ein ver-gleichbares Erdgasnetz verbunden [8].Nahwärmenetze ermöglichen nicht nurdie Nutzung der Solarthermie, sondernstellen auch eine sehr fortschrittliche undzukunftsweisende Versorgung dar. In derHeizzentrale können verschiedene Tech-niken der Energiewandlung eingesetztwerden, so daß die Anlagen sehr flexibelund mit hoher Versorgungssicherheit ar-beiten können. Eine weitergehende Nut-zung erneuerbarer Energieträger ist mög-lich, z.B. durch den Einsatz von Holz-hackschnitzelkesseln oder Biogasanlagen.Durch eine sorgfältige Betrachtung undOptimierung der Verbrauchs- und Versor-gungsstruktur des Gesamtsystems (Wär-meschutz der Gebäude einerseits – Solar-anlage, Nahwärmenetz und Heizzentraleandererseits) kann hierbei das Ziel einesenergie- und umweltschonenden Energie-systems wirkungsvoll verfolgt werden.

Wie hoch der Anteil der Sonnen-energie am notwendigen Bedarf ist, hängtvon der Dimensionierung der Kollektor-flächen und der Größe des Speichers ab.In den erwähnten Anlagen werden solareDeckungsgrade von knapp 50% erreicht,d.h. beinahe die Hälfte der benötigten Wär-memenge wird durch die Nutzung der Son-nenenergie zur Verfügung gestellt.

Durch die großen Kollektorflächen– es könnten mehrere tausend Quadrat-meter erreicht werden – kommt es im Ver-gleich zu den heute dominierenden Klein-anlagen zu erheblichen Einsparungen beiden spezifischen Investitionskosten. Trotz-dem ist zur Zeit eine ausschließlich solargestützte Nahwärmeversorgung wirtschaft-lich noch nicht konkurrenzfähig. In Fried-richshafen wurden aber bereits – ohne Be-rücksichtigung einer staatlichen Förde-rung – Kosten für die solaren Anlagenteile(Speicher, Kollektorfeld, Verrohrung) er-reicht, die, bezogen auf die installierte Kol-lektorfläche, lediglich rund 1.100 DM/m2

betragen. Damit bleiben sie in diesem Fallunter den spezifischen Kosten, die füreine solarunterstützte Brauchwasseranla-ge in Einfamilienhäusern anfallen [9].

Bei der Planung solarer Nahwär-mesysteme in Neubaugebieten ist es sehrwichtig, daß die verschiedenen Akteure(Planungsämter, Bauträger, Stadtwerke,Architekten, Ingenieure etc.) möglichstfrühzeitig zusammenarbeiten. So könnendie Anforderungen solcher Anlagen, z.B.Ausrichtung und Dachformen der Gebäu-de, Standort des saisonalen Speichersoder der Verlauf der Nahwärmeleitungenrechtzeitig in den Bebauungsplan ein-fließen. Die Einbindung der solaren Wär-me in die Raumheizung erfordert u.a. einen sehr guten baulichen Wärmeschutz.

Abb. 41: Bau des Betonspeichers eines solarunterstützten Nahwärmesystems in Friedrichshafen (Fassungsvermögen: 12.000 m3)

3.4 Passive Solarenergie-nutzung in Gebäuden

Unter dem Begriff der „passivenSolarenergienutzung“ wird der Einsatzbaulicher Maßnahmen verstanden, mit de-ren Hilfe die auf ein Gebäude eingestrahl-te Solarenergie zur Beheizung verwendetwerden kann. Dabei wird weitestgehendauf den Einsatz technischer Einrichtungenverzichtet. Die hauptsächlich durch dieFenster in das Gebäude einfallende Solar-energie wird im Gebäude in Wärme umge-wandelt und in den inneren Speichermas-sen wie z.B. dem Boden und den Innen-wänden gespeichert. Als Systeme, die zurintensiven Nutzung passiver solarer Ge-winne eingesetzt werden, sind beispielswei-se Wintergärten oder die transparenteWärmedämmung (TWD) zu nennen.

Je geringer der Wärmebedarf einesGebäudes ist, um so bedeutender wird derBeitrag, den die passive Solarenergienut-zung zur Deckung dieses Bedarfs leistet.Bei Niedrigenergiehäusern wird ein großerTeil der benötigten Raumwärme durch pas-sive Solarenergienutzung gedeckt. Passiv-häuser (Energiekennzahl ≤ 15 kWh/m2a)werden so geplant, daß die solaren und in-ternen Wärmegewinne im Normalfall aus-reichen, um die Innenraumtemperatur „be-haglich“ zu halten. Nur an sehr kalten Win-tertagen mit bedecktem Himmel ist hiereine Zusatzheizung erforderlich.

Die passive Solarenergienutzungkann somit wesentlich zur Verringerungdes Heizenergiebedarfs und damit der Heiz-energiekosten sowie zur Reduzierung derCO2-Emissionen beitragen. Es ist jedocherforderlich, schon in der Planung des Ge-bäudes dem sommerlichen Wärmeschutzbesondere Aufmerksamkeit zukommen zulassen, denn die im Winter gewünschtenWärmegewinne sollten im Sommer nichtzu einer Überhitzung des Baukörpersführen. Hier helfen einfache Maßnahmenzur Abschattung der Fenster bei hohenSonnenständen im Sommer, die vom Ar-chitekten geplant werden sollten.

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Vorrats-kammer

Terrasse

Wohnraum

Temperaturausgleichende Speichermassen

21. Juni

Sonnenstände

im Jahresverlauf

21. Dezember

Abb. 42: Prinzip der passiven Solarenergienutzung am Beispiel desHauses von Sokrates, [11]

Passive Solarenergienutzung

Neben der architektonischen Be-rücksichtigung der passiven solaren Gewin-ne stellen diese auch besondere Anforde-rungen an die Heiztechnik. Durch eine„flinke“ Regelbarkeit sollte sich die Hei-zungsanlage schnell auf veränderte solareRahmenbedingungen einstellen können.

Die Wärmeverluste eines Gebäu-des entstehen durch den Wärmetransportüber die Gebäudehülle (Transmissions-wärmeverluste), den direkten Austauschkalter und warmer Luftmassen (Lüftungs-verluste) und den Energiegehalt der Ab-gase des Heizungssystems (Abgasverlu-ste) [10]. Die wirkungsvollste Maßnahmezur Minderung der Transmissionsverlustestellt die Verwendung von Wärmedäm-materialien in Verbindung mit einer kom-pakten Bauform (geringes Verhältnis vonGesamtoberfläche zum umschlossenenBauvolumen) sowie die konsequente Ver-meidung von Wärmebrücken dar. Lüf-tungsverluste sind stark vom Nutzerver-halten abhängig. Die Höhe des notwendi-

gen Luftwechsels bemißt sich an den An-forderungen einer hygienisch und bau-physikalisch akzeptablen Luftqualität.Durch den Einsatz von maschinellen Lüf-tungssystemen besteht die Möglichkeitzur Wärmerückgewinnung aus der Abluftund damit zur Verringerung der Lüf-tungsverluste. Die Heizungsverluste kön-nen durch den Einsatz moderner Techni-ken (bspw. Brennwerttechnik) minimiertwerden.

Eines der bekanntesten Beispielefür passive Solarenergienutzung stellt dasin Abb. 42 dargestellte Sonnenhaus desSokrates dar [11].

Die Ausführung dieses Hauseszeigt einige Prinzipien der passiven Solar-energienutzung. Grundsätzlich ist ein ho-her Energieeintrag im Winter erwünscht,während im Sommer ein Schutz vor Über-hitzung des Gebäudeinneren vorhandensein muß. In dem Beispiel wird eine über-mäßige Sonneneinstrahlung im Sommer

Die Kenntnis des Sonnenstandsbildet wie in diesem Beispiel eine Voraus-setzung zur Gestaltung von Gebäuden imRahmen der Solararchitektur. Mit Hilfeeines Sonnenstandsdiagramms kann dieSonnenhöhe über dem Horizont und derSonnenazimut, d.h. die Ausrichtung derSonne in Abhängigkeit der Jahres- undTageszeit ermittelt werden. Abb. 43 zeigtfür den Standort Wuppertal ein Sonnen-standsdiagramm.

Anhand der Schnittpunkte der bo-genförmig von Ost nach West verlaufen-den Tageskurven mit den für jede volleStunde dargestellten schleifenförmigenStundenkurven lassen sich über das ver-wendete polare Koordinatensystem dieHöhe und Ausrichtung der Sonne able-sen. So geht aus Abb. 43 bspw. hervor,daß der Höchststand zur Sommersonnen-wende am 21. Juni rd. 62° beträgt, wäh-rend zur Wintersonnenwende (21. Dez.)die Sonne mittags nur rd. 15° über demHorizont steht. Mit dem Programm „Sun-Orb“ (Ruhr-Universität Bochum, NES)läßt sich der Sonnenstand auch bezüglichbeliebig geneigter Flächen ermitteln. Hier-durch wird u.a. die Bestimmung der ma-ximal möglichen Bestrahlungsdauer, bspw.von Fassaden ermöglicht.

Die Höhe der solaren Einstrah-lung auf verschieden orientierte Fassadenläßt sich leicht durch das in Kap. 2.2 dar-gestellte Verfahren ermitteln. So beträgtdiese am Standort Wuppertal für das Win-terhalbjahr (Oktober bis März) für einesüdliche Fassade rd. 300 kWh/m2, für einewestliche oder östliche Fassade rd. 145kWh/m2 und für eine Nordwand rd. 80kWh/m2. Diese Werte liegen durchaus inder Größenordnung der Verlustwärme-ströme eines Gebäudes. Die tatsächlichensolaren Energiegewinne lassen sich je-doch nur durch Einbeziehung der Mate-rialeigenschaften der Wände und Fensterermitteln. Die NESA-Planungssoftware,entwickelt im Rahmen eines von der AGSolar NRW geförderten Forschungsvor-habens und herausgegeben von der Ener-gieagentur NRW, ermöglicht die Bestim-mung des Heizwärmebedarfs unter Be-rücksichtigung der solaren Gewinne fürbeliebige Gebäudegeometrien und -mate-rialien anhand der in Kap. 2.1 dargestell-ten solaren Strahlungsverteilung fürNordrhein-Westfalen.

Im folgenden werden einige wich-tige bauliche Elemente in bezug auf ihreEigenschaften zur passiven Solarenergie-nutzung behandelt.

N

O

S

W

12:0011:00

10:00

9:00

7:00

8:00

6:00

5:00

13:0014:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

Alle Zeitangaben in M EZ

10

20

30

40

50

60

70

80

Hohe..

1.Jahreshalfte:2.Jahreshalfte:

..

..

Abb. 43: Sonnenstandsdiagramm für eine horizontale Fläche in Wuppertal

bei höheren Sonnenständen durch einenDachüberstand verhindert. Im Winterkann bei niedrigem Sonnenstand eingroßer Teil der solaren Strahlung zur Er-wärmung des Gebäudes genutzt werden.Dieses einfache und zuverlässige Bauele-ment hat aber auch den Nachteil, daß kei-ne Feinregelung möglich ist. Der Vorrats-raum auf der Nordseite wirkt als thermi-scher Puffer gegen die kalte Umgebung.Die temperaturgerechte Nutzung der Räu-me (sog. „Zonierung“) ist ein wichtigesMittel der passiven Solarenergienutzung.Die massiven Wände und der Steinbodenwirken als temperaturausgleichende Spei-chermassen.

Fenster

Eine der wichtigsten Komponen-ten der passiven Solarenergienutzung fürGebäude stellen Fenster dar. Anhand derAbb. 29 und Abb. 31 kann eine erste Be-urteilung von Fensterflächen an unter-schiedlich orientierten Fassaden erfolgen.Im Sommerhalbjahr (April-September)unterscheidet sich der Flächenfaktor fürOst- oder Westfassaden mit rd. 0,6 nur umetwa 0,1 von demjenigen für Südfassaden(rd. 0,7). Im Winterhalbjahr (Oktober-März) hingegen ist diese Differenz mit rd.0,65 deutlich höher. Ein hoher Fensterflä-chenanteil an Ost- oder Westfassaden be-deutet folglich, daß im Sommer ein imVergleich zu Südfassaden ähnlich aufwen-diger Überhitzungsschutz vorhanden seinmuß, obwohl im Winter nur vergleichs-

weise geringe Solarenergiegewinne erzieltwerden können. Südfassaden eignen sichdaher besser zur Belegung mit höherenFensterflächenanteilen. Gegenüber einergut wärmegedämmten Wand stellen sieaber auch hier eine Ursache für höhereWärmeverluste dar. Der optimale Fen-sterflächenanteil kann sich daher nur auseiner Bilanz der Wärmegewinne und -ver-luste ergeben. Das Optimum wird je nachden spezifischen Randbedingungen beieinem Fensterflächenanteil zwischen ca.25% und 50% erzielt. Hierbei solltenthermisch hochwertige Fenster (Mehr-fachverglasung, evtl. auch mit selektiverBeschichtung) eingesetzt werden. Die som-merliche Überhitzung kann bspw. durchRollos, Markisen etc. aber auch durchbauliche Elemente (Dachvorstand) ver-mieden werden.

Glasvorbauten(Wintergärten)

Lange Zeit galten Wintergärtenals Inbegriff der passiven Solarenergie-nutzung. Durch Glasvorbauten werdeneinerseits die Transmissionsverluste ver-ringert und andererseits die solaren Ge-winne erhöht, wenn die durch Sonnenein-strahlung erwärmte Luft in einem kon-trollierten Austausch mit der Luft desKernhauses steht. Der Heizwärmebedarfkann jedoch nur dann verringert werden,wenn auf eine zusätzliche Beheizung desWintergartens verzichtet wird und bei ge-ringen Außentemperaturen der Winter-garten nicht über geöffnete Türen zumWohnraum mitbeheizt wird. Gegenüberder Wirkung von Fenstern in einer Süd-fassade können Wintergärten in der Re-gel keine wesentlich erhöhte Verminde-rung des Heizwärmebedarfs erzielen, sindaber mit einem höheren finanziellen Auf-wand verbunden. Ihr Nutzen ist im we-sentlichen in der temporären, naturnahenErweiterung des Wohnraums zu sehen.

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Abb. 44: Einfamilienhaus mit Wintergarten in einer ökologischenWohnsiedlung in Bielefeld.

Hypokausten

Hypokausten sind Hohlwände oder-decken, die Wärmeenergie aus Luftkol-lektoren, die auf dem Dach installiertsind, über kurze Zeit (einige Stunden biswenige Tage) zwischenspeichern können.Durch die bessere Abstimmung von Wär-mebedarf und -angebot kann hierdurchdie Nutzbarkeit der Sonnenwärme erhöhtwerden. Ein Hypokausten-Fußboden be-steht aus gemauerten Luftkanälen, dienach oben bzw. unten mit Dämmstoffenisoliert sind. Durch die Isolation wird diesolare Wärme zeitlich verzögert an denWohnraum abgegeben.

Transparente Wärme-dämmung

Unter transparenter Wärmedäm-mung (TWD) werden Materialien ver-standen, die durch eine Vielzahl von klei-nen Luftkammern gute Dämmeigenschaf-ten erreichen und zusätzlich lichtdurch-lässig sind. Die Wärmedämmschicht wirdvon außen auf die Wände aufgebracht.Die solare Strahlung gelangt nur wenigabgeschwächt durch die transparenteWärmedämmschicht zur Wandfläche undwird dort absorbiert. Die Dämmeigen-schaften des Materials bewirken, daß nurein geringer Teil des Wärmestroms nachaußen gelangt. Der größere Teil des Wär-mestroms dringt durch das Mauerwerknach innen und kann somit zur Raum-wärmeversorgung beitragen. Während imWinter dieser Effekt erwünscht ist, führtdie Nutzung transparenter Wärmedäm-materialien im Sommer zu einer uner-wünschten Überhitzung, die durch ent-sprechende Abschattungseinrichtungenverhindert werden muß. Die bisher be-

kannten Systeme sind daher noch relativteuer. Transparente Wärmedämmung eig-net sich auch zum Einsatz bei der Gebäu-desanierung.

In allen Fällen erfordert die passi-ve Solarenergienutzung als Bestandteilenergiesparenden Bauens eine intensiveZusammenarbeit von Architekten, Bau-herren und Fachplanern, um die energeti-schen Ziele frühzeitig in das Gesamtkon-zept integrieren zu können.

Unter dem Aspekt der Wirtschaft-lichkeit sind Wärmedämmaßnahmen (s.Abb. 45) und Wärmerückgewinnung ofteiner besonderen baulichen Nutzung derSonnenenergie vorzuziehen, wobei auchdie indirekte Nutzung der Sonnenenergie,bspw. durch Wärmepumpen oder Erd-wärmetauscher zu berücksichtigen ist. ImVergleich zur aktiven Nutzung der sola-ren Einstrahlung durch photovoltaischeAnlagen und solarthermische Kollektorensind viele Maßnahmen der passiven Solar-energienutzung kostengünstiger.

Abb. 45: Aufbau einerThermohaut

1: vorhandener Innenputz2: vorhandenes Mauerwerk3: alter Außenputz, gegebenenfalls

defekte Teile abschlagen und beispachteln;die Fläche sollte gerade sein

4: „Thermohaut“ aus Dämmplatten (z.B. Mineralfaser, Holzweichfaser) mit dem Untergrund verklebt und verdübelt

5: Außenputz, bestehend aus Unterputzmit Gewebearmierung und Deckputz

1 2 43 5

einfallenden Photonen Elektronen ausder Kristallgitterstruktur gelöst und an denKontakten abgegriffen. Die Spannung derSolarzellen liegt bei ca. 0,5 Volt. DurchSerienverschaltung mehrer Zellen lassensich höhere Spannungswerte erzielen.

Die Solarzellen werden weltweitzu rd. 80% aus kristallinem Silizium ge-fertigt. Hierbei wird entweder mono- oderpolykristallines Material verwendet. Beider Herstellung von monokristallinem Sili-zium wird ein Einkristall aus der Schmelzegezogen, abgekühlt und in Scheiben zer-sägt, während polykristallines Silizium imBlockguß hergestellt wird und folglich ausvielen kristallinen Bezirken besteht. Dasmonokristalline Material mit einem Zel-lenwirkungsgrad von etwa 16 bis 19% istin der Lage mehr Sonnenenergie in elek-trischen Strom umzuwandeln als polykri-stalline Zellen mit einem Wirkungsgradvon 12 bis 14%. Diesem Vorteil steht einaufwendiger Herstellungsprozeß gegen-

über, der zu Mehrkosten führt. Bei derMehrzahl der installierten Anlagen wer-den Solarzellen aus polykristallinem Sili-zium eingesetzt.

Neben den beschriebenen Solar-zellentypen gibt es auch sogenannte „amor-phe“ Solarzellen. Sie werden durch Auf-dampfen von Silizium in gasförmiger Formauf Folie oder Glas hergestellt. Bei dieserProduktionsart bilden sich keine kristalli-nen Bereiche, die Struktur ist amorph. DieZellen weisen einen niedrigen Wirkungs-grad von etwa 8% auf, so daß sie sich trotzkostengünstiger Produktion bei großflä-chigem Einsatz bisher nicht etablierenkonnten. Amorphe Zellen haben aber imKleingerätebereich einen Nischenmarktbesetzen können. Solar betriebene Ta-schenrechner und Uhren sind bspw. durch-weg mit amorphen Zellen bestückt.

Photovoltaikanlagen können ent-weder als Inselsystem oder netzgekoppeltbetrieben werden. Beide Versorgungsva-rianten werden im folgenden kurz skiz-ziert.

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PV-Module

ACDC

EVU-Netz

Wechsel-richter

Bezugs-zähler

Einspeise-zähler

Strom-Ver-braucher

Abb. 46: Prinzipskizze einer Photovoltaikanlage im Netzparallelbetrieb

Photovoltaik

3.5 Stromerzeugung durchPhotovoltaikanlagen

Mit dem Begriff „Photovoltaik“(„Lichtelektrizität“) wird die direkte Um-wandlung der solaren Einstrahlung inelektrische Energie bezeichnet. Die Ent-deckung des „photovoltaischen Effekts“geht auf Alexander Bequerel zurück, der1839 feststellte, daß in bestimmten elek-trochemischen Konfigurationen ein Teilder Sonneneinstrahlung in elektrischeEnergie umgewandelt werden kann. Erst1954 wurde dann in den Bell Laborato-ries (USA) die erste Solarzelle aus Silizi-um hergestellt. Solarzellen bestehen auseiner dünnen Halbleiterfläche mit einerpositiv und einer negativ leitenden Schicht.Auf Vorder- und Rückseite sind Metall-kontakte angebracht. Zwischen beidenSchichten bildet sich ein inneres elektri-sches Feld (sog. „Raumladungszone“). FälltLicht auf die Solarzelle, werden durch die

Netzgekoppelte Anlagen

Das Kernstück einer netzgekop-pelten Photovoltaikanlage (s. Abb. 46),wie sie typischer Weise in den privatenHaushalten eingesetzt wird, bildet derPV-Generator, welcher aus einem odermehreren Solarmodulen besteht. Diesesetzen sich aus der Verschaltung einerVielzahl von Solarzellen zu Strängen (sog.„strings“) zusammen.

Der im PV-Generator erzeugteGleichstrom wird im Wechselrichter inWechselstrom mit einer Spannung von230 V transformiert. Bei Bedarf wird derStrom im Haushalt sofort verbraucht.Liegt der momentane Strombedarf höherals das Angebot aus der Photovoltaikan-lage, wird aus dem Netz zusätzlich Ener-

gie bezogen. Im umgekehrten Fall wirdüberschüssiger Strom ins Netz einge-speist. Die eingespeiste oder bezogeneStrommenge wird über zwei Zähler, diemit einer Rücklaufsperre versehen sind,gemessen. Der eingespeiste Strom wirdnach dem Stromeinspeisegesetz von demjeweiligen Energieversorgungsunterneh-men mit derzeit 16,79 Pf/kWh (1998) bzw.im Rahmen der kostendeckenden Einspei-severgütung in einigen Städten und Ge-meinden mit bis zu 2 DM/kWh vergütet.

Die Leistung einer Photovoltaik-anlage wird in „kWp“ (sog. „Peaklei-stung“) angegeben. Dies entspricht der Lei-stung der Anlage unter Standardtestbedin-gungen, d.h. bei einer Einstrahlung von1.000 W/m2 in Modulebene, einer Umge-bungstemperatur von 25 °C und eine Son-nenhöhe von rd. 42° über dem Horizont.

Abb. 47: Aufgeständerte Photovoltaikanlage an einer Schulfassade inDüren (Leistung: 1 kWP)

Da Photovoltaikanlagen noch zuden teureren Möglichkeiten der Stromer-zeugung zählen, sollte vor der Installationzunächst eine Überprüfung aller Strom-einsparmöglichkeiten erfolgen. Anders alsbei den solarthermischen Anlagen ist beiphotovoltaischen Anlagen eine einhun-dertprozentige Deckung des Verbrauchsmöglich, sofern die Anlage netzgekoppeltbetrieben wird. Das öffentliche Versor-gungsnetz dient in diesem Fall als Puffer-speicher, da das zeitliche Stromangebotund der Stromverbrauch in erheblichemMaße differieren.

Der durchschnittliche Jahresstrom-verbrauch aller im Rahmen des 1000-Dächer-Programms (durch dieses Förder-programm wurden in der BundesrepublikDeutschland insgesamt 2.250 Photovol-taikanlagen gefördert) ausgewertetenHaushalte betrug 1996 rd. 4.800 kWh [12].

Die Modulfläche F der Photovol-taikanlagen kann überschlägig aus derJahressumme der Globalstrahlung Gg inder Modulebene am gewählten Standort,dem gewünschten Deckungsgrad D, demStromverbrauch ES und dem Jahresnut-zungsgrad η bestimmt werden:

Der Jahresnutzungsgrad η gibtdabei das über das Jahr gemittelte Verhält-nis aus solarer Einstrahlung und Stromer-trag der Anlage an. Hierbei sind sämtlicheVerluste einschließlich derjenigen desWechselrichters berücksichtigt. Durch-schnittliche Jahresnutzungsgrade liegenfür Anlagen unter Verwendung von poly-kristallinem Silizium zwischen 9 und 11%.Bei einem gewünschten Deckungsgradvon 25%, d.h. einem Viertel des Jahres-stromverbrauchs, ergibt sich eine Flächevon:

Der monatliche Anlagenertrag kanndurch Multiplikation der Monatssummender Globalstrahlung mit dem in ersterNäherung konstant anzusetzenden Jahres-nutzungsgrad und der Modulfläche ermit-telt werden.

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D x ESF = ––––––––

η x Gg

0,25 x 4.800 kWhF = –––––––––––––––––– = 11,4 m2

0,10 x 1.054kWh

Abb. 48: Photovoltaikanlage in Greven (Leistung 2 kWP)

Inselsysteme

Im Gegensatz zu netzgekoppeltenPhotovoltaikanlagen müssen Inselsyste-me über eine geeignete Speichermöglich-keit verfügen. Abb. 49 zeigt die Kompo-nenten und den Aufbau einer netzunab-hängigen Photovoltaikanlage.

Der durch die PV-Module erzeug-te Strom wird bei Bedarf sofort an dieVerbraucher weitergegeben oder im Falleeines Überangebots in einer Batterie ge-speichert. Hierbei werden vorwiegend Blei-batterien, Nickel-Cadmium-Akkus oderauch Nickel-Hydrid-Akkus eingesetzt.Für kleinere Systeme können darüberhinaus auch spezielle Kondensatoren ver-wendet werden. Die Aufgabe des Lade-reglers ist es, die Batterie vor ungünstigenBetriebszuständen wie Über- und Tiefent-ladung zu schützen. Da vom PV-Genera-tor Gleichstrom geliefert wird, ist es sinn-voll, die zusätzlichen Verluste eines Wech-selrichters zu vermeiden und Geräte mit

Gleichspannung zu betreiben. Hierzu istlediglich ein DC/DC-Wandler notwendig,der die Spannung des PV-Generators andiejenige des Verbrauchers anpaßt. Eintypischer Anwendungsfall für diese Anla-genkonfiguration stellen Parkscheinauto-maten dar, die bereits in vielen Ortenüber Solarzellen in Verbindung mit einerBatterie betrieben werden.

Der Einsatz eines Wechselrichterskann jedoch auch bei Inselsystemen, z.B.bei der Elektrizitätsversorgung abgelege-ner Berghütten sinnvoll sein, da damit derAnschluß vieler handelsüblicher elektri-scher Geräte ermöglicht wird.

PV-Module

Strom-Ver-braucher

L aderegler

Batterie-speicher

DCDC

T rans formator

Abb. 49: Prinzipskizze und Komponenten einer netzunabhängigenPhotovoltaikanlage

4 Planungshinweise

Nur eine sorgfältige Auslegung undPlanung solartechnischer Anlagen führtzu einem reibungslosen Betrieb und ho-hen Solarenergieerträgen. Die im folgen-den aufgeführten Planungshinweise bie-ten hierfür erste nützliche Informationen.

4.1 Genehmigung solar-technischer Anlagen

Da das Bauordnungsrecht teilwei-se in der Zuständigkeit der Bundesländerliegt, sind je nach Bundesland unterschied-liche Regelungen gültig. In der Landesbau-ordnung von Nordrhein-Westfalen wirdgrundsätzlich zur Fragestellung der Bau-genehmigung ausgeführt (§65 Abs. (1) 44):„Die Errichtung oder Änderung folgenderbaulicher Anlagen ... bedarf keiner Bau-genehmigung: ... Solarenergieanlagen aufoder an Gebäuden oder als untergeord-nete Nebenanlagen ...“. Ergänzend heißtes (§65 Abs. (2) 2): „Keiner Baugenehmi-gung bedürfen ferner ... die Änderung deräußeren Gestaltung durch ... Solaranla-gen ...“ [13]. Trotz dieser Genehmigungs-freistellung können sich aus örtlichenBauvorschriften Anforderungen ergeben,die im Einzelfall beim örtlichen Bauord-nungsamt zu erfragen sind. Unabhängigvon der Aussage der Landesbauordnungsind die materiellen Vorschriften des Bau-rechts – wie bspw. die Standsicherheit –einzuhalten. Die Installation solartechni-scher Anlagen an denkmalgeschütztenHäusern erfordert eine Genehmigungnach dem Denkmalschutzgesetz.

4.2 Kollektoreinbau

Die PV-Module oder solarthermi-schen Kollektoren können auf unterschied-lichen Arten an vorhandenen Flächen an-gebracht werden. Grundsätzlich wird zwi-schen der Auf-Dach-Montage, der In-Dach-Montage sowie der Flachdach-Montage und Freiland-Aufstellung unter-schieden.

Bei der Auf-Dach-Montage bleibtdie vorhandene Dacheindeckung erhalten.Die Module oder Kollektoren werden pa-rallel zur Dacheindeckung mit hierfür ge-eigneten Montagewinkeln oder -profilenbefestigt. Bei Photovoltaikanlagen wirddurch den Abstand zwischen Dach undPV-Modulen gleichzeitig für eine Hinter-lüftung gesorgt, die aufgrund des sinken-den Wirkungsgrads bei steigender Zellen-temperatur erwünscht ist. Die Kollektorenoder Module stellen bei dieser Installati-onsart eine Zusatzlast für die Dachkon-struktion dar. Ein statischer Nachweis istdaher erforderlich.

Bei der In-Dach-Montage ersetzendie Kollektoren oder PV-Module einenTeil der Dacheindeckung. Diese Einbauartist zwar architektonisch ansprechender, sieist bei nachträglicher Bestückung einesDachs aber auch aufwendiger. Bei solar-thermischen Kollektoren erfolgt der Ein-bau mit Hilfe von Eindeckrahmen. ZurAnpassung an die vorhandene Dachein-deckung wird in der Regel Bleiband ein-gesetzt. Alle Anschlußleitungen werdenin den Zwischenräumen der Dachsparrenverlegt. Durch die Übertragung der Schutz-funktion des Hausdachs auf PV-Modulekönnen bei Neubauten die vermiedenenKosten der konventionellen Dachein-deckung angerechnet werden. Mittlerwei-le sind hierfür spezielle PV-Dachziegelauf dem Markt. An Gebäudefassadenwerden PV-Module darüber hinaus auchaus gestalterischen Gründen verwendet.

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Planungshinweise

Auf Freiflächen oder Flachdä-chern werden solartechnische Anlagenaufgeständert. Hierzu werden Stützkon-struktionen verwendet. Durch die unterUmständen hohe Windlast und die zu-sätzliche Dachlast ist unbedingt ein stati-scher Nachweis erforderlich. Die Aufstel-lung von netzgekoppelten Photovoltaik-anlagen sollte möglichst mit einer Nei-gung von rd. 35° in südlicher Richtung er-folgen, da hiermit im Mittel die höchstenJahressummen der solaren Einstrahlungempfangen werden können (s. Abb. 33).Bei solarthermischen Kollektoren zurBrauchwassererwärmung sollte die Nei-gung zwischen 40° und 50° liegen, damitdie Gewinne im Winter erhöht und dieÜberschüsse im Sommer reduziert wer-den. Bei solaren Nahwärmesystemen kannder „optimale“ Neigungswinkel nur durchSimulationsberechnungen unter Berück-sichtigung des voraussichtlichen Lastgangserrechnet werden. Um eine Ertragsmin-derung durch gegenseitige Abschattungder Kollektor- bzw. Modulreihen zu ver-hindern, sollte der Abstand A zwischenden Reihen in etwa dem Zweieinhalb- bisDreifachen der Seitenlänge L einer Reiheentsprechen (s. Abb. 50).

4.3 Netzanbindung vonPhotovoltaikanlagen

Die Errichtung einer netzgekop-pelten Photovoltaikanlage („Netzparal-lelbetrieb“) erfordert eine Anmeldungbeim zuständigen Energieversorgungsun-ternehmen (EVU). Hierbei geht es umdie Abstimmung der Belange zwischendem Anlagenerrichter und dem EVU. Imwesentlichen wird der Schutz vor Rück-spannung, das Vermeiden von unzulässi-gen Netzrückwirkungen und die Zählungdes eingespeisten Stroms geregelt. DieAnforderungen sind in der „Richtlinie fürden Parallelbetrieb von Eigenerzeugungs-anlagen mit dem Niederspannungsnetz desElektrizitätsversorgungsunternehmens“ do-kumentiert [14]. Der Bauherr selbst brauchtsich dabei nicht um die technischen Ein-zelheiten zu kümmern. Für die Anmel-dung ist vielmehr der beauftragte Elektro-installateur bzw. das beauftragte Unter-nehmen zuständig. Folgende Unterlagensind bei der Anmeldung notwendig [15]:

• Lageplan, aus dem die Grundstücks-grenzen und der Aufstellungsort her-vorgehen,

• Übersichtsschaltplan der gesamtenelektrischen Anlage einschließlich der Nenndaten der eingesetztenBetriebsmittel,

• Beschreibung der vorgesehenenSchutzeinrichtungen mit genauenAngaben über Art, Fabrikat, Schal-tung und Funktion,

• Beschreibung der Art und Betriebs-weise des Wechselrichters sowie derArt der Zuschaltung zum Netz.

Die sicherheitstechnischen Belangeumfassen dabei den Überstrom-, den Be-rührungs-, den Blitz- und den Brandschutz.Vor der Inbetriebnahme der Anlage ist essinnvoll zu prüfen, welche Versicherungenim Schadensfall zuständig sind, bzw. obder Abschluß einer eigenen Versicherung(bspw. Elektronik-Versicherung) ange-bracht ist.

Der Betreiber der Anlage schließtmit dem zuständigen EVU über die Strom-vergütung einen Einspeisevertrag ab.

A

A = ( 2,5 ... 3 ) * L

Abb. 50: Skizze zur Installation mehrerer Modulreihen

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5 Anhang5.1 Literaturhinweise

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[11]

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Schulze, R.W., Strahlenklima der Erde, Dr. Dietrich Steinkopf Verlag, Darmstadt, 1970

Palz, W., Greif, J. European Solar Radiation Atlas, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 1996

Skiba, M., Ein Verfahren zur Standortevaluation energetischer Nutzungsmög-lichkeiten der solaren Einstrahlung, VDI Fortschritt-Berichte, Reihe 6, Nr. 375,VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, 1997

Minister für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft des Landes Nordrhein-Westfalen, Klimaatlas von Nordrhein-Westfalen, Düsseldorf, 1989

Khartchenko, N.V., Thermische Solaranlagen, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 1995

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Schüle, R., Ufheil, M., Neumann, C., Thermische Solaranlagen – Marktübersicht,Ökobuch Verlag, Staufen bei Freiburg, September 1997

Witt, J., Nahwärme in Neubaugebieten, Öko-Institut Verlag, Freiburg, 1995

Kübler, R., Der Bau des großen Speichers in Friedrichshafen, Sonnenenergie & Wärmetechnik, Nr. 4, S. 22-25, 1997

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Heidt, F. D., Energiesparendes Bauen und Modernisieren, in: Der Energiebera-ter, - Handbuch für rationelle und umweltfreundliche Energienutzung unterBerücksichtigung der Nutzung erneuerbarer Energien, 7. Erg.-Lfg., Forum fürZukunftsenergien e.V., Deutscher Wirtschaftsdienst, Köln, Juli 1995

Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (Fhg-ISE), 1000-Dächer Meß-undAuswerteprogramm – Jahresjournal 1996, Fhg-ISE, Freiburg, 1997

Landesregierung von Nordrhein-Westfalen, Bauordnung für das Land Nord-rhein-Westfalen vom 7. März 1995, Gesetz- und Verordnungsblatt für das LandNordrhein-Westfalen, 49. Jhrg., Nr. 29, S. 217-246

Vereinigung Deutscher Elektrizitätswerke – VDEW – e.V., Richtlinie für denParallelbetrieb von Eigenerzeugungsanlagen mit dem Niederspannungsnetz desElektrizitätsversorgungsunternehmens (EVU), VWEW, 1996

Hotopp, R., Private Photovoltaik-Stromerzeugungsanlagen im Netzparallelbe-trieb, RWE Energie AG, Essen, 1990

Anhang

5.2 Weiterführende Literatur

Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg, Solar- und WindenergieatlasBaden-Württemberg, Karlsruhe, Dezember 1994

Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Verkehr, Bayerischer Solar- undWindatlas, Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Verkehr, München, 1997

Fachinformationszentrum Karlsruhe, Forum für Zukunftsenergien e.V., FörderfibelEnergie, Deutscher Wirtschaftsdienst, Köln, September 1997

RWE Energie AG, Bereich Anwendungstechnik, RWE Energie Bauhandbuch, 11. Auflage, Energie-Verlag GmbH, Heidelberg, 1997

Goetzberger, A., Wittwer, V., Sonnenenergie – Thermische Nutzung, Verlag B.G. Teubner, Stuttgart, 1993

Wismeth, W. (Hrsg.), Photovoltaik Handbuch, GWU Solar- und Energiesparsysteme,Nürnberg, 1991

Heidt, F. D. (Hrsg.), Bestandsaufnahme zur Niedrigenergie- und Solararchitektur,VDI Fortschritt-Berichte, Reihe 4, Nr. 139, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf 1997

Leuchtner, J., Preiser, K., Photovoltaikanlagen – Marktübersicht 1994/95, Öko-Institut e.V., Freiburg, 1994

Landesinitiative Zukunftsenergien, Branchenatlas Zukunftsenergien NRW, Düsseldorf, Juni 1997/März 1998

Umweltforum e.V. (Hrsg), Niedrigenergiehäuser – Planung, Kosten, Technik, Um-weltforum Bau e.V., Karlsruhe, 1997

Winter, C.-J., Sonnenenergie nutzen – Technik, Wirtschaft, Umwelt, Klima, VDE-Verlag GmbH, Berlin, 1997

Treberspurg. M., Neues Bauen mit der Sonne, Springer-Verlag Wien/New York, 1994

Marko, A., Braun, P., Thermische Sonnenenergienutzung an Gebäuden, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1997

Meliß, H., Regenerative Energiequellen, Berlin/Heidelberg/New York, August 1997

Quaschning, V., Regenerative Energiesysteme Technologie – Berechnung – Simulation, Carl Hanser Verlag, München, 1998

64

5.3 Sonstiges

Datengrundlage für Adressen und Fördermöglichkeiten

1. Energieagentur NRW, Förderübersicht 1998, Wuppertal 1998.

2. Landesinitiative Zukunftsenergien, Branchenatlas Zukunftsenergien NRW,Düsseldorf, März 1998.

3. Fachinformationszentrum Karlsruhe, BINE – Marktführer-AdreßhandbuchErneuerbare Energiequellen – Rationelle Energieverwendung, Verlag C.F. Müller,Karlsruhe, Mai 1998.

4. Informationszentrale der Elektrizitätswirtschaft (IZE), Presse TaschenbuchEnergiewirtschaft 96/97, BEMA Buchvertrieb, Seefeld, 1997.

5. Fachinformationszentrum Karlsruhe, Forum für Zukunftsenergien e.V.,Förderfibel Energie, Deutscher Wirtschaftsdienst, Köln, September 1997.

6. Verbraucherzentrale NRW, Düsseldorf.

7. Solarenergie-Förderverein e.V., Aachen.

Datengrundlage für Karten

Deutscher Wetterdienst, Nutzung mit Genehmigung vom 17.11.1997

Bildnachweis

abakus GmbH: Abb. 47, Abb. 48

Bomin Solar GmbH: Abb. 39

BHW-Bausparkasse: Abb. 44

S. Borchers, Herne: Bild S. 6 oben, Bild S. 55 oben, Bild S. 60 oben,Bild S. 60 unten, Bild S. 61 oben

MUTZ, Berlin: Abb. 2, Bild S. 8 oben, Bild S. 8 unten, Bild S. 10 oben,Bild S. 44 oben, Bild S. 46 oben, Bild S. 47 oben,Bild S. 50 oben, Bild S. 59 oben

pro av,Leinfelden-Echterdingen: Abb. 41

SOLARWATTSolar-Systeme GmbH,Dresden: Bild S. 5 oben, Bild S. 52 oben

Stiebel EltronGmbH & Co. KG: Bild S. 47 oben

Buderus Heiz-technik GmbH: Abb. 35

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4.7 4.75 4.8 4.85 4.9 4.95 5.0 5.05 5.1 [kWh/(m2d)]

Diese Publikation wurde von der Energieagentur NRW herausgegeben. Konzipiertund bearbeitet hat sie Dr.-Ing. Martin Skiba (Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl fürNukleare und Neue Energiesysteme, Prof. Dr.-Ing. H. Unger, Universitätsstr. 150,44780 Bochum) unter Mitarbeit von Dipl.-Ing. Bernd Eikmeier und Christian Baresch.Dr. Skiba erstellte auch die verwandten Karten und Diagramme.

Diese Publikation einschließlich des gesamten Kartenmaterials ist urheberrechtlichgeschützt. Eine Verwertung außerhalb der Grenzen des Urheberrechts ist ohne dieZustimmung der Energieagentur NRW unzulässig.

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Die Energieagentur NRW wurde als neu-trale und unabhängige Landeseinrichtunggegründet. Ihr Auftrag lautet, Unterneh-men sowie Städten und Gemeinden Hilfe-stellung zur ökonomischeren Energiever-wendung und zum Einsatz unerschöpflicherEnergiequellen zu geben – einerseits durchBeratung, andererseits durch Wissensver-mittlung.

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