Technik Solarthermie

Entwicklungshistorie

In Deutschland begann die Entwicklung von Flachkollektoren nach dem ersten Ölpreisschock 1973/74. Dieser erste Ölpreisschock Anfang der 1970er Jahre war für viele Menschen ein Signal, dass der Preisvorteil fossiler Energieträger wohl nicht auf Dauer bestehen würde. In der Folge machten sich auch in Deutschland viele Visionäre und Tüftler auf den Weg, um die vorhandenen und in anderen Ländern (Japan, Australien, Israel) zum Teil schon weiter verbreiteten Kollektorkonzepte weiterzuentwickeln und sie für den Einsatz in nördlichen Klimazonen tauglich zu machen. Das Firmenverzeichnis des ersten Heftes der Zeitschrift „Sonnenenergie“ (Januar 1976) listete erst vier Hersteller von Kollektoren in Deutschland auf. In den USA dagegen sollen es 1977 bereits 140 Produzenten von Solarkollektoren gegeben haben, u.a. auch bei großen Konzernen wie ITT, General Motors oder General Electric.

Ebenso wie die Modernisierung der Holzheizungen, wurde auch die Solarthermie im Nachbarland Österreich im Vergleich schneller aufgegriffen, so dass in Spittal Stiebel Eltron 1978 die damals größte und modernste Fertigungsstätte für Flachkollektoren in Betrieb nahm. Die Erwartungen an einen Durchbruch der Solarthermie waren groß, auch verstärkt durch die 2. Ölpreiskrise 1979/80. Jedoch kam es Anfang der 1980er Jahre nach einen ersten Nachfrageboom europaweit zu einem massiven Nachfrageeinbruch, denn es zeigten sich – neben einem deutlichen Rückgang der Ölpreise – nunmehr die qualitativen Probleme der ersten Kollektorgeneration, wie Undichtigkeiten, Korrosion oder vergilbte Kunststoffabdeckungen. Dies brachte Solarkollektoren einen schlechten Ruf ein und viele Pionierfirmen mussten daraufhin aufgeben. Vakuumröhrenkollektoren spielten zu dem Zeitpunkt noch keine Rolle, sie kamen erst Anfang der 1980er Jahre auf den Markt.

Ein nachhaltiger Durchbruch aus der Nische kam für solarthermische Anlagen (Funktionsvideo) in Deutschland jedoch erst mit Beginn der 1990er Jahre. Nicht zuletzt wegen der besseren Einstrahlungsbedingungen waren es zunächst vor allem süddeutsche Kunden in Bayern, wo über Solar-Einkaufsgemeinschaften und Selbstbaugruppen (vgl. Innovationsbericht) zeitweise mehr Anlagen als über das Fachhandwerk vertrieben wurden. Wichtige Impulse kamen aus Österreich, wo 1986 von Selbstbaugruppen mehr Kollektorfläche produziert wurde, als über gewerbliche Anbieter verkauft werden konnte. Hieraus entstand in Österreich die „Arbeitsgemeinschaft Erneuerbare Energien (AEE) in Gleisdorf, von der aus Impulse nach Süddeutschland ausgingen. Im Jahr 1996 hatte Österreich so pro Einwohner bereits ggü. Deutschland die 8-fache installierte Kollektorfläche aufzuweisen.

Flachkollektoren

Flachkollektor

Die technische Entwicklung von Flachkollektoren hatte nicht in Deutschland ihren Anfang genommen, sondern bereits einige Jahrzehnte zuvor in den USA Die wesentlichen Bauprinzipien heutiger Flachkollektoren waren dort bereits Ende der 1930er erstmals umgesetzt worden. Führend in der Entwicklung war zu jener Zeit das Massachusetts Institute of Technology (MIT] in Cambrigde bei Bosten, wo zwischen 1938 und 1962 insgesamt vier Solarhäuser errichtet wurden, an denen die technischen Möglichkeiten der solaren Gebäudebeheizung erforscht wurden. Das erste MIT-Solarhaus „Solar I“ wurde 1939 errichtet und hatte vierfach verglaste Flachkollektoren, wobei mit deren Hilfe gewonnene Solarwärme in einem 65 m³-Wassertank unter dem Gebäude gespeichert wurde. Die ersten vier Versuchshäuser zeigten damals bereits die Möglichkeiten und Grenzen für die Gebäudeheizung mit Solarwärme auf. Das sich die Solarthermie seitdem nicht hat durchsetzen konnten, hatte die gleichen wirtschaftlichen Gründe, wie sie auch heute noch bestehen: Die Wärmeerzeugung über fossile Energieträgern war einfacher und kostengünstiger als mit Solarwärme.

Vakuumröhrenkollektoren

Vakuumröhrenkollektor

Bereits Mitte der 1970er Jahre hatte das niederländische Unternehmen Philips einen Röhrenkollektor (Funktionsvideo) vorgestellt Weitere Anbieter waren Corning Glass Works und Thermomax. Die Röhren waren einwandig und wurden als Ganzes evakuiert (Vollvakuumröhre) . . In Deutschland wurden diese Röhren u.a. ab Anfang der 1990er Jahre u.a. auch von dem 1988 gegründeten Unternehmen Paradigma vertrieben, das zu der Zeit noch Flachkollektoren produzierte. Jedoch waren die Kosten der Röhrenkollektoren zu der Zeit um den Faktor 4 höher als bei Flachkollektoren. Zudem kam es häufig durch Spannungsrisse zu Undichtigkeiten und Verlust des Vakuums.

Wesentlich weiterentwickelt wurde der Vakuumröhrenkollektor schließlich an der Universität Sydney (daher oft auch als Sydney-Kollektor bezeichnet). Dieser Kollektor hat nun eine doppelwandige evakuierte Glasröhre (Teilvakuumröhre), die von innen nun selektiv beschichtet wurde, um eine hohe Absorption der Sonnenstrahlung bei geringer Wärmeabstrahlung zu erreichen. Dies führte auch zur weitgehenden Unabhängigkeit vom Einstrahlungswinkel der Solarstrahlung. Die innere und äußere Glasröhre werden wie bei der Dewar-Isolierkanne direkt miteinander verschweißt, was die Haltbarkeit des Vakuums wesentlich verbesserte und materialbedingte Spannungsrisse durch Wegfall eines Materialübergangs wie bei der Vollvakuumröhre deutlich reduzierte. Die patentierten Glasröhren wurden zunächst nur in China hergestellt und ab 1996 auch von Paradigma bei ihrem ersten eigenen Vakuumröhrenkollektor eingesetzt. China ist seitdem nicht nur zum größten Weltmarkt für Solaranlagen geworden (etwa 80 %), sondern auch die Mehrheit der weltweit in Röhrenkollektoren verbauten Vakuum-Glasröhren stammt von dort. Deutsche Hersteller sind doppelwandiger Röhren ist