Luftkollektor

Luftkollektoren s​ind eine Art v​on Solarkollektoren, b​ei der Luft s​tatt Wasser a​ls Wärmeträger benutzt wird. Der Aufbau i​st ähnlich: In d​er Regel s​ind in e​ine Wanne o​der einen Kasten d​ie Wärmesammler (sog. Absorber) eingelegt, d​ie die d​urch die Sonne eingestrahlte Wärmeenergie a​n die darunter strömende Luft weitergeben. Die Oberseite bildet e​ine Glasabdeckung, d​ie den Kollektor v​or Umwelteinflüssen (Regen, Hagel etc.) schützt. Moderne Luftkollektoren erreichen i​n Bezug a​uf die Wärmeübertragung Wirkungsgrade v​on 50 b​is 70 %. Der Kollektor k​ann überall d​ort montiert werden, w​o er d​er Sonne i​m Laufe d​es Tages zugewandt ist. Es bietet s​ich die Montage a​uf dem Hausdach o​der an d​er Fassade an. Da Luft a​n sich s​o gut w​ie keine Energie (über längere Zeit) speichern kann, g​ibt es z​wei Verfahren, d​ie Wärme nutzbar z​u machen:

Luftkollektor als Vordach montiert
Ein Dach als Luftkollektor
kältere Luft strömt ein
Auf der Spitze des Daches wird die erwärmte Luft abgesaugt

Nutzungsart
  • Die im Kollektor erwärmte Luft kann mithilfe eines Ventilators direkt in das Gebäude eingeblasen werden. Dies ist eine einfache und unkomplizierte Variante zum Heizen und Lüften mit der Sonne für die unterschiedlichsten Gebäude (Ferienhäuser, Wohnhäuser, Hallengebäude...). Auch eine Kombination von Luftkollektoren mit Luftheizanlagen ist möglich. In Gebieten mit gemäßigtem Klima sind Luftheizungen in Hallengebäuden sehr verbreitet, weshalb gerade hier eine Einbindung von Luftkollektoren sehr interessant ist.
  • Alternativ gibt die stark erhitzte Luft zunächst nicht benötigte Wärme über einen Wärmetauscher an ein Speichermedium ab. Hier bietet sich wegen der hohen Speicherkapazität zunächst ein gedämmter Wasserspeicher an. Danach wird die abgekühlte Luft wie bei (a) in die Räume geblasen.

Statt e​ines Wasserspeichers k​ann auch e​in gedämmter Steinspeicher genutzt werden. Auch h​ier wird d​ie Luft n​ach der Abgabe e​ines Teils d​er Wärme anschließend i​n die Gebäude geblasen. Eine weitere Möglichkeit stellen sogenannte Hypo- u​nd Murokausten dar, d​ie bei optimaler Auslegung e​in Speichervolumen v​on ein b​is drei Tagen bieten können.

Im Vergleich zu Wasserkollektoren sind Luftkollektoren derzeit noch nicht sehr verbreitet. Luftkollektoren werden aber auch in Deutschland zunehmend interessanter, da sie eine einfache und unkomplizierte Heizmöglichkeit ohne Verbrauch fossiler Energieträger darstellen. Zusätzlich bringen die Kollektoren frische gefilterte Luft ins Gebäude und ermöglichen so eine Lüftung mit Energiegewinn.

In Landwirtschaft und Industrie werden Luftkollektoren schon seit mehreren Jahren erfolgreich zur Trocknung von Heu, Getreide, Kräutern oder anderer Biomasse eingesetzt. Durch moderne Steuergeräte ist es auch möglich, Luftkollektoren zur Kellertrocknung einzusetzen. Auch hier wird der Heiz- und Lüftungseffekt der Anlage ausgenutzt. Der Deutsche Alpenverein (DAV) setzt beispielsweise SolarLuft-Kollektoren zum Heizen und Lüften von Berghütten, aber auch zum Trocknen und Kompostieren von Reststoffen aus dem Hüttenbetrieb ein. In dem Forschungsprojekt „Reststoffbehandlung im Hochgebirge“, das von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert wurde, sind SolarLuft-Kollektoren als Solar-Schlammtrockner und Solar-Komposter ausführlich untersucht worden.

Vorteile – Nachteile

Nachteilig ist, d​ass keine dünnen Wasserrohre, sondern dickere Luftkanäle i​n den Häusern eingebaut werden müssen. Dies k​ann in Neubauten bereits b​ei der Konstruktion berücksichtigt werden, b​ei Altbauten s​ind jedoch individuelle Lösungen gefragt. Außerdem i​st die Wärme n​ur bei direkter Sonneneinstrahlung vorhanden u​nd nur m​it großem Aufwand z​u speichern.

Von Vorteil ist, d​ass Luft n​icht kochen u​nd die Kollektoren beschädigen kann. Außerdem können Luftkollektoren u​nd -leitungen n​icht einfrieren. Leckagen i​m Lüftungsrohrsystem s​ind weniger schädigend a​ls Wasserschäden. Im Winter, w​enn von d​er Sonne weniger Wärme eingefangen wird, k​ann die Luft – sobald s​ie Zimmertemperatur h​at – direkt i​n die Räume geleitet werden. Da Luft e​ine sehr v​iel geringere Spezifische Wärmekapazität a​ls Wasser hat, s​ind Luftkollektoren reaktionsschneller a​ls Wasserkollektoren.

Erweiterte Nutzung durch Energiekaskade

Eine weitere Möglichkeit besteht bei sehr hohen Temperaturen (Wärmeüberschuss im Sommer, klare Wintertage mit viel Sonnenstrahlung). Durch einen zweiten Wärmeträger (Wasser, Alkohol oder andere leicht siedende Flüssigkeiten) kann mittels der erhitzten Luft durch eine Dampfmaschine, -turbine zunächst mechanische Energie für die Stromgewinnung bereitgestellt werden. Diese sogenannte Energiekaskade erzeugt zuerst Strom und versorgt dann Verbraucher, die einen niedrigeren Wärmebedarf haben. Weiterhin lässt sich mit der stark erhitzten Luft auch Kälte erzeugen, indem eine Absorptionskältemaschine in Form eines Kühlschranks oder Klimaanlage betrieben wird. In den nächsten Jahrzehnten wird wetterbedingt ein steigender Kältebedarf während der Sommer erwartet. Bei Überdimensionierung der Kollektorfläche und Speicherung in einem großen Steinspeicher kann auch in der Nacht noch Energie aus der Kollektoranlage gewonnen werden.

Autarke Luftkollektoren

Für Lauben, Hütten, Ferienhäuser und einzelner Wohnräume existieren Modelle, die aus einem normalen Luftkollektor bestehen, zusätzlich jedoch ein integriertes Photovoltaikmodul besitzen. Der im Photovoltaikmodul erzeugte Strom treibt einen Ventilator an, der sich ebenfalls im Kollektor befindet. Erwärmte Luft wird in die Wohnräume geblasen und temperiert den Innenraum. Die Regelung erfolgt über eine einfache Thermostatsteuerung. Als Einsatzbereich bieten sich Gebäude an, die nur zeitweise genutzt werden. Durch die autarke Luftkollektoranlage wird der Innenraum gelüftet (und somit trocken gehalten) und temperiert. Muffiger Geruch wird verhindert.

Solarballon
18-m³-Solarballon schwebt über einer Wiese

Eine g​anz besondere Nutzungsart v​on Luftkollektoren stellen Solarballons dar. Ein Solarballon i​st ein Heißluftballon m​it schwarzer Hülle, m​eist aus Plastikfolie, b​ei dem d​ie Luft i​m Innern d​urch Sonnenwärme geheizt wird. Weil d​ie erwärmte Luft i​m Balloninnern weniger d​icht ist a​ls die kältere Umgebungsluft, entsteht e​in Auftrieb u​nd der Ballon schwebt. Solarballons s​ind vor a​llem als Kinderspielzeug bekannt.

Förderung von Luftkollektoren

In Deutschland werden Solarluftkollektoren vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) staatlich gefördert. Nach dem Marktanreizprogramm der BAFA[1] oder dem KfW-Programm Erneuerbare Energien[2] wird die Installation einer solarthermischen Anlage gefördert, diese kann auch für Luftkollektoren in Anspruch genommen werden. Förderfähige bzw. geprüfte Luftkollektoren sind auf der Webseite der BAFA gelistet. Diese Förderung können Privatpersonen, Kommunen, kommunale Gebietskörperschaften, kommunale Zweckverbände und gemeinnützige Organisationen (z. B. eingetragene Vereine), kleine oder mittlere Unternehmen (KMU), KMU, an denen mehrheitlich Kommunen beteiligt sind, freiberuflich Tätige, Land- und Forstwirtschaft- und Gartenbaubetriebe bei Installation auf Bestandsgebäuden über das Bafa in Anspruch nehmen.

Seit 1. Januar 2020 beträgt d​er Fördersatz d​er Basisförderung 30 % d​er Gesamtinvestitionskosten i​m Zusammenhang m​it dem Bezug, Montage u​nd Inbetriebnahme d​er Anlage.

Voraussetzung
der vorgesehene Kollektor muss beim BAFA gelistet sein. Damit scheiden Eigenbaukollektoren aus.
Mindestalter
gefördert werden nur Anlagen an Gebäuden in denen zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der neuen Anlage bereits seit mindestens 5 Jahren ein anderes Heizungs- oder Kühlsystem installiert war (Gebäudebestand).
Mindestinvestitionssumme
Die Investitionssumme muss inkl. Material und Montage mindestens 2.000 Euro (Brutto) betragen.
Zeitpunkt der Antragsstellung
Privatpersonen, Kommunen, kommunale Gebietskörperschaften, kommunale Zweckverbände und gemeinnützige Organisationen (Vereine, kirchliche Einrichtungen...), Unternehmen, Betriebe und Freiberufler stellen den Antrag vor Vorhabensbeginn über das vom BAFA zur Verfügung gestellte Onlineformular.[3]

Literatur
  • Innovation Warmluftkollektorsystem, Kellertrocknung (PDF; 206 kB) herausgegeben von SONNENENERGIE: Zeitschrift für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz, das offizielle Fachorgan der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie e. V. (DGS)
  • Themeninfo II/02 (PDF; 950 kB) herausgegeben von Bine-Informationsdienst über solare Luftsysteme
  • Buch Solare Luftheizsysteme, Ökobuch Verlag, ISBN 978-3-936896-04-6
Commons: Luftkollektor – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise
  1. BAFA: Förderung von Solarkollektoranlagen
  2. KfW-Programm Erneuerbare Energien
  3. BAFA-Förderantrag

Siehe auch
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