Deckungsgrad, Bedarf

Monatliche solare Einstrahlung auf eine Fläche von 6 m2, 40° Dachneigung, Südrichtung, Standort Berlin
Die solare Einstrahlung ist - wie man sieht - jahreszeitlich sehr unterschiedlich. In den Monaten des höchsten Bedarfes - November bis Februar - erreicht die Solarstrahlung≡Solarstrahlung≡ Die Solarstrahlung ist die von der Sonne in den Weltraum ausgehende Energie. Sie entsteht infolge der Kernfusion im Sonneninneren. Die auf die Erde auftreffende durchschnittliche  Solarstrahlungsleistung beträgt 1.000 W/m². Die in Mitteleuropa auftreffende und damit theoretisch nutzbare Energiemenge macht etwa 1000 kWh/m² im Jahr aus. Man unterscheidet direkte Strahlung und diffuse Strahlung. zusammengenommen noch nicht einmal den Wert, den die Sonne uns im Mai schickt.
Solare Einstrahlung in kWh≡kWh≡ Eine kiloWattstunde = 1000 Wh (Wattstunde) = 3,6 MJ (MegaJoule) = 860 kcal. die kWh ist eine gebräuchliche Einheit für die Energie- oder Wärmemenge. Eine kWh Wärme entspricht der gleichen Energiemenge wie eine kWh Strom, allerdings in einer anderen Energieform. Wird Strom in Wärme umgewandelt, z. B. in einem Tauchsieder, wird aus einer kWh Strom genau eine kWh Wärme. Aus einer kWh Wärme kann man jedoch technisch gesehen gerade 0,3 kWh Strom erzeugen. pro m2 und Jahr
Wärmebedarf≡Wärmebedarf≡ Der Wärmebedarf ist jene Nettowärmemenge in kWh, die zur Beheizung eines Raumes bzw. eines Gebäudes oder/und zur Warmwasserbereitung benötigt wird. Der Wärmebedarf ergibt sich aus dem Produkt der Heizlast und der Zeitdauer der Beheizung. Der Wärmebedarf für die Raumheizung setzt sich aus dem Transmissionswärmebedarf und dem Lüftungswärmebedarf zusammen. für Warmwasserbereitung, 200 Liter pro Tag, 4-5 Personenhaushalt
Der Wärmebedarf für die Warmwasserbereitung (violette Balken) ist über das Jahr betrachtet etwa gleich. Es sollte also bei entsprechendem Wirkungsgrad≡Wirkungsgrad≡ Der Wirkungsgrad stellt das Verhältnis von nutzbarer zu aufgewendeter Energie bzw. Arbeit oder Leistung dar. Bei Wärmeerzeugern, die Brennstoffe wie Öl, Gas, Holz oder Kohlen verbrennen, unterscheidet man: Feuerungswirkungsgrad, Normnutzungsgrad, Jahresnutzungsgrad. Bei Wärmepumpen wird der Wirkungsgrad mit der Leistungszahl ausgedrückt. der Solaranlage gelingen, von März bis Oktober einen beträchtlichen Teil des Wärmebedarfes für die Warmwasserbereitung durch die Sonne zu decken. In der Regel wird eine Deckungsrate von etwa 60% erreicht.

Der solare Deckungsgrad (in %) gibt  an, wie viel des verbrauchten Warmwassers durch die Kollektoranlage erwärmt wird. Er wird beeinflusst von

• der mittleren jährlichen Globalstrahlungssumme
• der Größe der Kollektorfläche (Absorber≡Absorber≡
  Der Absorber ist ein Bauelement in der Energietechnik, das Umgebungswärme bzw. Wärmestrahlung aufnehmen (absorbieren) kann und an einen Wärmeträger, z. B. Wasser oder ein Kältemittel (bei Wärmepumpen) weitergibt. Ein Absorber ist auch das Herzstück des Solarkollektors zur Warmwassererzeugung. Er besteht hier aus geschwärztem bzw.speziell beschichteten und gut Wärme leitendem Blech, z. B. Aluminium oder Kupfer. Dabei wird bis 90 % der Solarstrahlung wird in Wärme umgewandelt.)
• der Einbausituation des Kollektors≡Kollektor≡
  Ein Kollektor ist ein Wärmesammler, z.B. ein Solarkollektor der die Wärme der Solarstrahlung aufnimmt und an die Solarflüssigkeit übergibt, ein Erdreichkollektor, der dem Erdreich Wärme entzieht und an die Sole übergibt oder ein Luftkollektor, der solare Wärme an vorbeiströmende Luft übergibt. (Ausrichtung nach Süden, Neigungswinkel≡Neigungswinkel≡
  Der Neigungswinkel einer Heizkurve sollte möglichst flach eingestellt werden können, um Wärmeverluste bei der Erzuegung zu verringern und mit niedrigen Oberflächentemperaturen eine hohe Behaglichkeit zu erzielen.
  Ein Neigungswinkel spielt aber auch für den Ertrag von Solaranlagen zur Gewinnung von Solarwärme und Solarstrom eine wichtige Rolle. Da sich der Sonnenstand am Tage und in den Jahreszeiten ändert, wäre eine Sonnenstandsnachführung optimal. Wegen des technischen Aufwandes wählt man meist einen Kompromiss, der sich nach der Dachneiguung richtet, die regional unterschiedlich zwischen 25° und 45° liegt.)
• der Güte des Kollektors (Verluste durch Strahlung, Konvektion≡Konvektion≡
  Mit Konvektion bezeichnet man den Transport von Wärme in einer Luftströmung oder im Wasser. Eine Luftbewegung nach oben entsteht infolge einer Erwärmung der Luft, da warme Luft (geringere Dichte) leichter ist als kalte Luft. Eine fallende Luftbewegung (Kaltluftfall) entsteht infolge der Abkühlung der Luft, z. B. an einem Fenster oder an einer kalten Außenwand. Normale Plattenheizkörper übertragen Wärme an die Raumluft etwa zu 50% durch Konvektion und zu 50% durch Strahlung. und Wärmeleitung≡Wärmeleitung≡
  Jeder Stoff leitet Wärme mehr oder weniger gut in Abhängigkeit von der Struktur und der Dichte. Die Weiterleitung beruht darauf, das Wärme die atomare Struktur eines Stoffes in Schwingungen versetzt, die von Atom zu Atom weitergegeben werden.)
• den Wärmeverlusten auf der Kollektorkreisleitung (Dämmung und Länge)
• der Speicherkapazität des Warmwasserspeichers (Liter)
• der Güte des Warmwasserspeichers (Verluste durch Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung)
• dem Aufbau des Speichers (Schichtung möglich?)
• der Warmwassertemperatur des Speichers
• der Größe des Bereitschaftsteiles (Nacherwärmungsbereich)
• dem Warmwasserverbrauch
• dem Wärmeverlust im Warmwasserverteilungsnetz des Hauses infolge einer  Zirkulationseinrichtung≡Zirkulationseinrichtung≡
  Die Zirkulationseinrichtung sorgt in einer zentralen Warmwasserversorgung dafür, dass an den Zapfstellen auch wirklich warmes Wasser austritt, wenn der Zapfhahn geöffnet wird. Dazu führt die Zirkulationseinrichtung dass sich in der Warmwasserleitung abgekühlte Wasser über die separate Zirkulationsleitung wieder dem Speicher zu. Mittels einer Zirkulationspumpe wird so ausreichend temperiertes Speicherwasser zu den Zapfstellen transportiert. Die Zirkulation des Wassers muss temperatur-, zeit- oder anforderungsabhängig gesteuert werden, damit in Zeiten mit geringem Warmwasserbedarf die Zirkulation nicht zu unnötigen Wärmeverlusten und entsprechendem Stromverbrauch führt.
• dem Anti-Legionellen-Desinfektionsprogramm (wöchentliche Aufheizung des Speichers auf >= 60°

Die Installationsart, Regelungstechnik und Montagefehler beeinflussen die den solaren Deckungsgrad ebenfalls:

• Eine unsachgemäße Erfassung der Warmwassertemperatur im Speicher führt zu übergroßer Spanne zwischen Ein- bzw. Ausschalttemperatur (z.B. nur Anlegethermostat, kein Tauchfühler)
• Die Vergrößerung der Differenz zwischen der unteren Ein- und oberen Ausschalttemperatur (Nachheizung) des Warmwasserspeichers niedrigem bei generell niedrigem Temperaturniveau führt zu einer Verbesserung des Deckungsgrades
• Unkontrolliertes Nachheizen (zu früh) verringert den möglichen Solarertrag (Verriegelung durch Zeitschaltuhr)

Wärmebedarf für Heizung und die Solarstrahlung auf einer Fläche von 10 m2, 40°, Berlin
Der Anteil der Solarstrahlung auftreffend auf eine Kollektorfläche von 10 m2 bezogen auf den Wärmebedarf für die Heizung I (Haus mit 130 m2, Baujahr 1965, ungedämmt) ist gering. Durch deutliche Verbesserung der Wärmedämmung≡Wärmedämmung≡ Eine Wärmedämmung mindert den Wärmestrom von der warmen zur kälteren Seite eines Bauteiles. Dazu werden Stoffe mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit (Wärmedämmstoff) als Schicht zwischen Warm und Kalt eingebracht. Eine sehr gute Wärmedämmung wird mit einem Vakuum erzielt (Thermoskanne). Auch ruhende Luft dämmt den Wärmefluss sehr gut. Um eine hohe Wärmedämmwirkung zu erzielen, dürfen Wärmedämmstoff(e) nicht durchströmt werden und eine bestimmte Einbaudicke nicht unterschreiten. (Heizung II, Niedrigenergiehaus≡Niedrigenergiehaus≡ Ein Niedrigenergiehaus ist ein Gebäude mit einem vergleichsweise niedrigen Energiebedarf (kleiner 100 kWh/m²) für Raumwärme und Warmwasserbereitung gegenüber dem Durchschnitt (etwa 200 kWh/m²) der Hausbestandes bei gleicher Nutzung. Dies wird vor allem duch eine besonders gut geplante und sorgfältig ausgeführte Wärmedämmung aller Bauteile erreicht. Ein Niedrigenergiehaus ist an keine bestimmte Bauweise gebunden, wohl aber an die Berücksichtigung verschiedener Planungsprinzipien. Auch Altbauten konventioneller Bauweise eigen sich bei entsprechender Planung zur Umgestaltung in ein Niedrigenergiehaus. Bei Neubauten ist das Erreichen des Niedrienergiehausstandards Pflicht, jedoch ist durch geringe Mehraufwendungen auch ein Verbrauch von weniger als 50 kWh/m² schon möglich.) kann der Anteil gesteigert werden. Die tatsächliche Brennstoffeinsparung beträgt 20 bis 30 % bei Berücksichtigung des realen Wirkungsgrades einer Solar-Anlage. Im Haus Heizung 1 erreicht man weniger als 10 %.
Bildquelle: Institut für wirtschaftliche Oelheizung