Wenn Sie in einem nördlichen oder mittelwestlichen Bundesstaat der USA leben, ist die Raumheizung wahrscheinlich der größte Energieverbraucher in Ihrem Haus.
In den meisten Klimazonen der USA wird die Zentralheizung mit fossilen Brennstoffen betrieben. Am weitesten verbreitet ist Erdgas, aber in vielen Regionen wird noch mit Öl geheizt. Selbst Kohle ist für die Beheizung von Häusern noch nicht ganz verschwunden.
Aber warum sollten Sie Ihr Haus mit fossilen Brennstoffen heizen, wenn die Sonne zur Verfügung steht? Zumindest kann die Sonne Ihr Haus zusätzlich beheizen. Wenn Ihr Heizbedarf bescheiden ist oder wenn Sie ein superisoliertes Haus in einem kalten Klima haben, kann die Solarenergie Ihren Heizbedarf zu 100 % decken.
Selbst wenn Sie ein eher gewöhnliches Haus haben, ist es möglich, ein solarbetriebenes Heizsystem in fast jede bestehende Anlage einzubauen.
Energieeffizienz an erster Stelle
Wenn Sie Ihr Haus mit einer Solarheizung ausstatten möchten, sollten Sie sich zunächst um die Energieeffizienz kümmern. Ihr Heizsystem ist kleiner und preiswerter, wenn es weniger Arbeit hat, und die Isolierung und Luftabdichtung eines Hauses ist in der Regel die billigste Methode, um Ihre Energierechnungen zu senken.
Wir haben einen Artikel mit ein paar einfachen Tipps zur Verbesserung der Energieeffizienz geschrieben, aber das ist ein ziemlich großes Thema. Ich bin ein Fan von This Old House, und auf dem Blog Energy Vanguard gibt es viele interessante Artikel zu diesem Thema.
Welches ist die beste Solarheizung für Ihr Haus?
Solarthermie-Paneele fangen mehr Sonnenenergie in Form von Wärme ein, aber für die meisten Häuser in den Vereinigten Staaten ist es am besten, eine Wärmepumpe und Photovoltaik-Solarpaneele zu installieren, um das Haus mit Sonnenenergie zu heizen. Hierfür gibt es einige Gründe:
- Weithin verfügbares Fachwissen. In den Vereinigten Staaten gibt es ein paar Millionen PV-Solaranlagen und Tausende lokaler Unternehmen, die sie installieren. Auch Installateure für Wärmepumpen sind weit verbreitet, da sie den Klimaanlagen sehr ähnlich sind. Die Solarthermie ist dagegen viel weniger verbreitet, was bedeutet, dass es in der Regel schwieriger ist, einen erfahrenen Installateur zu finden.
- Große Produktauswahl. PV-Solaranlagen und Wärmepumpen sind weltweit sehr beliebt, so dass es eine große Auswahl an Herstellern gibt, aus der Sie wählen können. Die Solarthermie hingegen ist in einigen Teilen der Welt beliebt, in den USA jedoch weit weniger verbreitet. Aus diesem Grund gibt es weniger solarthermische Produkte zur Auswahl; manche Hausbesitzer entscheiden sich sogar für den Selbstbau und bauen ihre eigenen thermischen Kollektoren.
- Die Solarthermie erfordert mehr Wartung. Es ist möglich, PV-Paneele 25 Jahre lang zu besitzen und nie eine Wartung durchzuführen. Wärmepumpen müssen wie Klimaanlagen regelmäßig gewartet werden. Solarthermische Systeme basieren jedoch auf Rohrleitungen, Sonnenkollektoren, Wärmeübertragungsflüssigkeiten, Pumpen und vielem mehr. Es gibt viel mehr technische Geräte, um die man sich kümmern muss, und mehr Komponenten, die ausfallen können.
- Sie erhalten Heizung und Kühlung. Wärmepumpen können Ihr Haus heizen und kühlen und ersetzen sowohl einen Ofen als auch ein Klimagerät. Es gibt nur wenige Orte in den USA, an denen man heizen muss, aber nicht auch von einer Klimaanlage profitieren kann. Eine solarthermische Anlage hingegen kann Ihr Haus nur heizen.
Mit anderen Worten: Ein thermischer Solarkollektor fängt zwar mehr Sonnenenergie ein, um Ihr Haus zu heizen, aber andere praktische Erwägungen bedeuten, dass die meisten Menschen besser dran sind, wenn sie die populärere Technologiekombination aus Photovoltaikmodulen und einer Wärmepumpe verwenden.
Es gibt jedoch eine Vielzahl von Solarheizungssystemen, die von passiven Solaranlagen bis hin zu aktiven Solaranlagen mit Erd- oder Luftwärmepumpen reichen. Jede dieser Technologien bietet Vorteile, die auch für Ihr Haus geeignet sein könnten, so dass es sich lohnt, mehr darüber zu erfahren.
Solarheizung für Ihr Haus
Es gibt zwei Arten der Solarheizung: die passive und die aktive Solarthermie.
Bei der passiven Solarthermie wird das Haus ohne technische Hilfsmittel beheizt, während bei der aktiven Solarthermie verschiedene Technologien wie Fotovoltaik und Solarthermie eingesetzt werden.
Für die meisten Häuser ist die aktive Solarheizung mit Photovoltaik und einer Wärmepumpe die beste Lösung. Es gibt zwar auch andere Arten von Solarheizungen, aber viele von ihnen sind ziemlich exotisch und werden nur selten eingesetzt. Es kann schwierig sein, einen erfahrenen Installateur zu finden.
Wärmepumpen hingegen werden immer häufiger eingesetzt und können oft von jedem Bauunternehmer installiert werden, der bereits zentrale Klimaanlagen installiert. Außerdem bieten viele Energieversorger Rabatte für hocheffiziente Wärmepumpen an.
Was ist passive Solarheizung?
Passive Solarthermie bedeutet, dass ein Gebäude so konzipiert ist, dass es das Sonnenlicht einfängt, um das Innere zu heizen. In der nördlichen Hemisphäre bedeutet dies, dass viele nach Süden ausgerichtete Glasflächen das Sonnenlicht ins Innere des Gebäudes lassen und weniger Glasflächen auf der Nordseite vorhanden sind, so dass eine bessere Wandisolierung die Wärme zurückhalten kann.
Andere Merkmale können lange Überhänge sein, die in den Wintermonaten Licht hereinlassen und im Sommer, wenn die Sonne höher am Himmel steht, die Fenster beschatten. Auch die Landschaftsgestaltung kann eine Rolle spielen, z. B. die Verwendung von Laubbäumen an der Südseite des Gebäudes, die ihre Blätter verlieren und im Winter das Sonnenlicht durchlassen, im Sommer aber das Sonnenlicht blockieren.
Diese Technik wird als passiv bezeichnet, weil keine Elektrizität oder mechanische Technik eingesetzt wird. Es kann jedoch auch Hightech zum Einsatz kommen, wie z. B. doppelt oder dreifach verglaste Fenster oder thermische Masse in den Wänden oder im Boden, die dazu beiträgt, die Wärme zu speichern.
Ein vollständig passives Solarhaus muss zwar von Grund auf neu entworfen werden, aber jeder Hausbesitzer kann dennoch einfache Maßnahmen ergreifen, um den solaren Wärmegewinn im Winter zu maximieren und im Sommer zu reduzieren.
Sie können zum Beispiel eine erstaunliche Menge an Energie sparen, indem Sie einfach Ihre Jalousien bedienen. Wenn es ein sonniger Tag im Winter ist und Sie viele nach Süden ausgerichtete Fenster haben, können Sie mit weit geöffneten Jalousien eine Wärmezufuhr erzielen, die dem Betrieb einer Raumheizung entspricht. Umgekehrt kann das Schließen der Jalousien im Sommer den Bedarf an Klimaanlagen erheblich senken.
Passive Solarheizungen für Ihr Haus
Das Prinzip der passiven Solarheizung kann genutzt werden, um Heizungen zu bauen, die außer einem kleinen Ventilator keine Technik benötigen. Auf Youtube zeigen viele Leute ihre Heimwerkerprojekte, die einfache Materialien wie Aluminiumdosen in einem Rahmen aus Holz und Plexiglas verwenden.
Diese einfachen Heizungen nutzen das Sonnenlicht, um die Luft im Inneren der Heizung passiv zu erwärmen, und einen kleinen Ventilator, um die warme Luft in ein Gebäude zu befördern. Sie können sehr effektiv sein und ähneln im Prinzip den weiter unten erwähnten anspruchsvolleren kommerziellen Solarkollektorprodukten.
Auch wenn Sie vielleicht keine zusammengebastelten Solarheizungen an Ihrem Haus anbringen möchten, können sie eine gute Option für einen Schuppen oder eine freistehende Garage sein. Wenn Sie handwerklich begabt sind und ein Heimwerkerprojekt durchführen möchten, können Sie auf Youtube viele Solarheizungen finden, die mit einfachen Materialien wie Konservendosen, Plexiglas und Blech gebaut wurden.
Was sind aktive Solarheizsysteme?
Bei einer aktiven Solarheizung wird dagegen mechanische oder elektrische Technik eingesetzt, um Ihr Gebäude zusätzlich zu beheizen. Es gibt viele verschiedene Arten von Solarheizungen – einige von ihnen sind ziemlich exotisch.
Heizen Sie Ihr Haus mit thermischen Solarkollektoren
Thermische Solarkollektoren fangen die Sonnenenergie direkt als Wärme ein und leiten sie an einen Warmwasserspeicher in Ihrem Haus weiter.
Im Gegensatz zu photovoltaischen Solarzellen, die mit Hilfe von Halbleitern Sonnenlicht in Strom umwandeln, sind thermische Solarkollektoren relativ einfach aufgebaut. Sie arbeiten mit einem dunkel gefärbten Kollektor, der die Sonnenstrahlen absorbiert. Der Kollektor erwärmt sich, und die erhitzte Flüssigkeit im Inneren fließt über einen Kreislauf zu einem Wärmetauscher, der die Wärme an einen Warmwasserspeicher abgibt. Ein solches System kann den Warmwasserbedarf eines Hauses decken, oder das heiße Wasser kann für die Raumheizung verwendet werden.
Hier ist ein tolles Video von This Old House, das das System im Detail zeigt:
Arten von solarthermischen Heizungen für das Haus
Solarthermische Kollektoren gibt es in verschiedenen Ausführungen. Großkraftwerke wie das Solarkraftwerk Ivanpah in der Mojave-Wüste verwenden Spiegelfelder, um das Sonnenlicht auf einen zentralen Kollektor zu reflektieren, der die enorme Menge an gesammelter Wärmeenergie zum Antrieb von Dampfturbinen nutzt.
Ivanpah ist mit einer Nennleistung von rund 400 Megawatt riesig. Diese Art von Konstruktion ist in der Wüste möglich, wenn der Platz keine Rolle spielt, aber ein Hausbesitzer etwas Kompakteres braucht.
Genau das ist ein Flachkollektor. Es handelt sich einfach um eine Reihe von flüssigkeitsgefüllten Röhren in einem schwarz gefärbten Kollektor mit einer Glasabdeckung. Die Glasabdeckung ermöglicht es dem Sonnenlicht, die Rohre im Inneren zu erwärmen, und trägt außerdem dazu bei, die Wärme im Kollektor zu speichern. Je nach Klima und der benötigten Wärmemenge können mehrere Kollektoren zusammengeschaltet werden, so dass die Endtemperatur sehr hoch ist – sogar über dem Siedepunkt von Wasser.
Das Schöne an diesen Kollektoren ist, dass sie sehr flach sind. Jeder Kollektor nimmt ungefähr so viel Platz ein wie ein Photovoltaik-Panel. Es gibt zwei Grundtypen:
- Flachkollektoren bestehen aus Kupferrohren in einem glasbedeckten Paneel. Die Flüssigkeit fließt durch die Kupferrohre und erwärmt sich, bevor sie aus dem Kollektor austritt.
- Vakuumröhrenkollektoren funktionieren ähnlich, nur dass der Kollektor nicht aus einer durchgehenden Kupferröhre besteht, sondern aus mehreren einzelnen Kollektoren, die wie Thermosflaschen vakuumversiegelt sind. Die Rohre sind außerdem direkt der Sonne ausgesetzt und befinden sich nicht in einem Kollektorkasten. Dieser Kollektortyp ist für kalte Klimazonen besser geeignet, da weniger Wärmeenergie an die Atmosphäre verloren geht. Das Foto oben in diesem Artikel zeigt, wie ein Vakuumröhrenkollektor aussieht.
Warmwasser von der Sonne
Die Wärme aus diesen beiden Kollektortypen wird in einen Warmwasserspeicher geleitet. Ein paar Kollektoren können ausreichen, um den Warmwasserbedarf eines durchschnittlichen Hauses zu decken. Wenn Sie einen größeren Warmwasserbedarf haben, z. B. für einen Pool oder einen Whirlpool, können Sie einfach weitere Kollektoren hinzufügen.
Hydronische Fußbodenheizung
Wenn Sie eine hydronische Fußbodenheizung haben, kann Ihr Solarwarmwasser zum Heizen Ihres Hauses verwendet werden. Viele hydronische Systeme verwenden dasselbe System, um sowohl die Flüssigkeit für die Fußbodenheizung als auch Ihr Warmwasser zu erwärmen. Auf diese Weise kann die Solarenergie Ihren gesamten Heizbedarf decken.
Heizung mit Zwangsluft
Es ist sogar möglich, eine Solarthermieanlage zur Beheizung eines Hauses mit Zwangsluftheizung zu verwenden. Dies funktioniert mit einem Wärmetauscher im Luftstrom des Umluftsystems. Der Wärmetauscher verfügt über Metalllamellen, über die die gesammelte Sonnenwärme an die Luft abgegeben wird, wo sie in den Kanälen zirkuliert.
Freistehender Wärmetauscher
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die solar erwärmte Flüssigkeit in einen eigenständigen Wärmetauscher in Ihrem Wohnraum zu leiten, z. B. in eine Fußleiste oder einen an der Wand montierten Heizkörper. Dies hat den Vorteil, dass keine Änderungen an bestehenden Systemen vorgenommen werden müssen. Dies könnte eine gute Wahl für ein kleines Haus ohne bestehendes Heizsystem sein, oder wenn Sie einen Raum beheizen möchten, der noch nicht beheizt ist, wie z. B. eine Garage oder einen Keller.
Heizen Sie Ihr Haus mit einer Photovoltaik-Solaranlage
Photovoltaik-Solarkollektoren können auch zum Heizen Ihres Hauses verwendet werden. In vielerlei Hinsicht ist dieser Ansatz vorzuziehen, da er mechanisch einfacher ist, vor allem wenn Sie Ihr Haus bereits mit Strom heizen. Bei der Elektroheizung gibt es kein separates System, das die erwärmte Flüssigkeit in die Wohnung transportiert, und keine Wärmetauscher, die mechanisch integriert werden müssen.
Außerdem spielt es keine Rolle, wenn die Sonne nicht scheint. Ihr Solarhaus bleibt an das Stromnetz angeschlossen, so dass Sie auch dann Strom aus dem Netz zum Heizen Ihres Hauses verwenden, wenn die Sonne nicht scheint. Wenn Ihr Solarsystem so ausgelegt ist, dass es 100 % Ihres Stroms im Jahr erzeugt, werden Sie im Sommer wahrscheinlich überschüssigen Strom erzeugen, der ins Netz eingespeist wird und Ihnen Guthaben verschafft, das Sie im Winter nutzen können.
Der größte Nachteil der Fotovoltaik für die Heizung ist der geringere Wirkungsgrad im Vergleich zur Solarthermie. Während der Wirkungsgrad der Solarthermie stark vom Klima abhängt (in kälteren Klimazonen verlieren Solarthermiekollektoren mehr Wärme an die Umgebung), kann der Wirkungsgrad im besten Fall mehr als 70 % betragen.
Die besten photovoltaischen Solarmodule haben dagegen einen nominalen Wirkungsgrad von etwa 22 % und erreichen unter realen Bedingungen weniger als das.
Dennoch überwiegen die Vorteile der Photovoltaik in der Regel diesen Nachteil.
Luft- und Erdwärmepumpen
Wärmepumpen entziehen der Außenwelt Wärme und geben sie an Ihr Haus ab. Sie arbeiten mit einem Kompressor und einer mit Kältemittel gefüllten Spule, ähnlich wie Ihr Kühlschrank oder eine Klimaanlage. In der Tat können Wärmepumpen im Sommer auch als Klimaanlage arbeiten, was sie zu einer noch nützlicheren Ergänzung Ihres Hauses macht.
Ein großer Vorteil von Wärmepumpen ist, dass sie sehr effizient heizen – viel effizienter als elektrische Widerstandsheizungen.
Im Allgemeinen gibt es zwei Arten:
- Luft-Wärmepumpe. Bei diesem Typ wird der Luft Wärmeenergie entzogen, indem ein Gebläse Luft über ein Verdichterregister bläst. Die Luft erwärmt den Wärmetauscher, und ein Kompressor presst dann die Kältemittelflüssigkeit im Inneren des Wärmetauschers zusammen, wodurch sich dieser erhitzt. Ein zweites Gebläse bläst Luft über das erwärmte Segment des Wärmetauschers und entzieht ihm die Wärme, die dann zur Erwärmung des Hauses genutzt wird. Das funktioniert sogar bei sehr kaltem Wetter: Einige Wärmepumpen für kaltes Klima funktionieren bis zu 0°F. Wenn Sie sich fragen, wie es möglich ist, Wärme aus kalter Luft zu gewinnen, denken Sie an eine Tiefkühltruhe. Ein durchschnittlicher Tiefkühlschrank kühlt Ihre Lebensmittel auf etwa 0°F ab, aber die Spulen an der Rückseite des Gefrierschranks sind immer noch warm.
- Wärmepumpe mit Erdreich. Anstatt der Luft Wärmeenergie zu entziehen, arbeitet eine Erdwärmepumpe mit einem in der Erde vergrabenen Kältemittelkreislauf. Wenige Meter unter der Erdoberfläche schwankt die Temperatur des Erdreichs selbst im tiefsten Winter oder an den heißesten Sommertagen nicht sehr stark. Die gemäßigtere Temperatur im Erdreich bedeutet, dass diese Art von Wärmepumpe noch effizienter ist als eine Luftpumpe. Der Nachteil ist, dass Erdwärmepumpen in der Installation wesentlich teurer sind.
Wie viel Strom verbraucht eine Wärmepumpe?
Der Stromverbrauch einer elektrischen Wärmepumpe hängt stark von ihrer Größe (in Tonnen oder BTUs) ab und unterscheidet sich auch je nach Hersteller und Modell. Um herauszufinden, wie viel Strom Ihr Modell verbraucht, sehen Sie in der Betriebsanleitung nach. Addieren Sie den Stromverbrauch, der für den Kompressormotor, das Kompressorgebläse und den Außenlüfter angegeben ist.
Beachten Sie, dass die in der Betriebsanleitung angegebene Amperezahl für den Motor und die Ventilatoren nur Nennwerte sind und der tatsächliche Stromverbrauch von der tatsächlichen Belastung des Geräts abhängt.
Für die Dimensionierung Ihrer Photovoltaikanlage sind die Zahlen aus dem Handbuch Ihrer Wärmepumpe jedoch ein guter Anhaltspunkt. Um Ihnen dabei zu helfen, haben wir uns einige Split-Wärmepumpen der großen Hersteller (Rheem und Goodman) angesehen und den durchschnittlichen Stromverbrauch nach Gerätegröße ermittelt. Wir haben diese Werte gerundet, um zu betonen, dass es sich nur um ungefähre Zahlen handelt.
| Größe der Luft-Wärmepumpe (in Tonnen) | Ungefähre maximale Wattzahl |
|---|---|
| 1.5 | 2,400 |
| 2 | 2,800 |
| 2.5 | 3,500 |
| 3 | 4,000 |
| 4 | 5,200 |
| 5 | 6,400 |
Wie viele Solarmodule brauche ich, um meine Wärmepumpe zu betreiben?
Wenn Sie bereits eine Wärmepumpe haben, genügt ein Blick auf Ihre Stromrechnung während der Heizmonate, um festzustellen, wie viel mehr Strom Sie im Vergleich zu den Monaten verbrauchen, in denen Ihre Wärmepumpe nicht läuft.
Wenn Sie planen, in Zukunft eine Wärmepumpenanlage zu installieren, und den Stromverbrauch abschätzen wollen, müssen Sie Berechnungen anstellen, um die richtige Größe der Wärmepumpe und ihre Betriebszeit zu ermitteln.
Die maximale Wattzahl einer Wärmepumpe gibt nur an, wie viel Strom sie verbraucht, wenn sie auf Hochtouren läuft. Wie viel Strom sie verbraucht, um Ihr Haus warm zu halten, hängt von der Außentemperatur, der Isolierung und Luftdichtheit Ihres Hauses und der Quadratmeterzahl Ihres Hauses ab.
Die Berechnung der Heiz- oder Kühllast für das ganze Haus ist kompliziert und erfordert eine Berechnung nach Manual J durch einen HLK-Fachmann. Es ist schwierig, diese Berechnung korrekt durchzuführen, daher sollten Sie einen Fachmann mit viel Erfahrung in diesem Bereich wählen.
Wenn Sie die Berechnung von einem qualifizierten Fachmann durchführen lassen, haben Sie einen guten Anhaltspunkt für die richtige Größe der Wärmepumpe für Ihr Haus und Ihr Klima sowie für die zu erwartende ungefähre Betriebszeit. Daraus ergibt sich die Anzahl der Kilowattstunden, die Ihr Heizsystem verbrauchen wird, was wiederum Aufschluss darüber gibt, wie viele Solarkollektoren Sie benötigen (verwenden Sie unseren Solarrechner, um die Stromerzeugung für Ihr Klima und Ihr Dach zu berechnen).
Elektrische Widerstandsheizung
Eine elektrische Widerstandsheizung verwendet Strom, um hochohmige Drähte zu erwärmen, wie bei einem Toaster oder Haartrockner. Kleine Raumheizungen, die Sie vielleicht neben Ihrem Schreibtisch in einem kalten Büro aufstellen, arbeiten mit elektrischem Widerstand.
Da diese Art der Heizung sehr ineffizient ist, wird sie nur selten für die Beheizung ganzer Häuser verwendet, außer in Klimazonen mit wenigen Heizgradtagen.
Ein kleiner Heizlüfter verbraucht etwa 1.800 Watt. Wenn Sie einen Elektroofen haben, sollten Sie während der Heizmonate Ihre Stromrechnung lesen, um abzuschätzen, wie viel zusätzlichen Strom Sie für die Beheizung Ihres Hauses verbrauchen.
Viele Möglichkeiten, Ihr Haus mit Solarenergie zu heizen
Wie Sie sehen können, gibt es viele verschiedene Möglichkeiten, ein Haus zu heizen. Glücklicherweise ist die Solarenergie eine absolut praktikable Möglichkeit, diese Wärme bereitzustellen, unabhängig davon, welche Art von Heizsystem Ihr Haus derzeit verwendet.
Sowohl die thermische als auch die photovoltaische Solartechnik haben Vor- und Nachteile. Wofür Sie sich entscheiden, hängt von der Art des Heiz- (und Kühl-) Systems ab, das Sie nutzen möchten. Für die meisten Hausbesitzer in den Vereinigten Staaten ist eine Photovoltaikanlage in Verbindung mit einer Wärmepumpe die beste Wahl, während die Solarthermie in Asien und vielen europäischen Ländern sehr beliebt ist.
Diese Entscheidungen können technisch kompliziert sein, weshalb wir empfehlen, mit einem erfahrenen HLK-Fachmann zusammenzuarbeiten, um Ihr Heizsystem richtig zu dimensionieren und die beste Art und Weise zu empfehlen, entweder ein solarthermisches oder ein photovoltaisches System in Ihr mechanisches HLK-System zu integrieren.
Ein Service, den The Solar Nerd anbietet, ist das Einholen mehrerer Angebote von qualifizierten Solarunternehmern. Dieser Service kann Ihnen helfen, einen erfahrenen Fachmann zu finden, der Ihr Solarthermie- oder Photovoltaiksystem ordnungsgemäß installiert und ein System auswählt, das für Ihren Heizbedarf richtig dimensioniert ist.
