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Einleitung 1
1 Einleitung
Die privaten Haushalte und Kleinverbraucher haben einen Anteil von 44% am Endenergieverbrauch
in der Bundesrepublik Deutschland. Davon werden 75% für die Beheizung von
Gebäuden aufgewendet. Da die Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau von 40 - 90 °C
benötigt wird, bietet sich hier ein breites Einsatzfeld für die thermische Solarenergienutzung.
Für die Brauchwassererwärmung werden Solaranlagen bereits weit verbreitet eingesetzt, der
Marktzuwachs in diesem Bereich liegt derzeit bei 30 - 35% pro Jahr. Mit den Solaranlagen
zur Brauchwassererwärmung lassen sich im Wohnungsbau etwa 15% des Gesamtwärmebedarfes
von Neubauten decken. Wird in Kombianlagen oder in Nahwärmenetzen die Solaranlage
zusätzlich zur Unterstützung des Raumheizungssystems genutzt, so können 20 - 25% des
Gesamtwärmebedarfes gedeckt werden. Wegen der zeitlichen Verschiebung von Solarstrahlungsangebot
und maximalem Wärmebedarf können solare Deckungsanteile von 50%
des Gesamtwärmebedarfes und darüber nur durch saisonale Wärmespeicherung erreicht
werden. Diese wiederum ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nur in Verbindung mit einer
großen Solaranlage, d. h. innerhalb eines Nahwärmeversorgungssystems sinnvoll.
Die Verwirklichung von solaren Nahwärmesystemen mit Langzeit-Wärmespeicherung wird
am Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart seit 1989 verfolgt.
Demonstrationsanlagen zur solaren Nahwärme mit Langzeit-Wärmespeicher werden seit
1993 im Teilprogramm 3 des BMBF Förderprogramms “Solarthermie 2000“ gefördert. Seither
wurden Vorprojekte zur Demonstration der Anlagentechnik großer Kollektorfelder
(Projekte Ravensburg, Köngen, Neckarsulm I, Göttingen, Oederan) sowie der Bautechnik für
Heißwasser-Wärmespeicher (Projekt Rottweil) realisiert. Im Oktober 1996 gingen die ersten
Pilotanlagen zur solaren Nahwärmeversorgung mit Langzeit-Wärmespeicher (Heißwasser-
Wärmespeicher) in Hamburg und Friedrichshafen in Betrieb. Die Auswertungen der Meßdaten
der ersten Betriebsjahre zeigen, daß die prognostizierten Erträge erreicht werden können.
Im Bau und Betrieb dieser beiden Anlagen wurden und werden wichtige Erfahrungen gesammelt,
die in der Realisierung weiterer Projekte umgesetzt werden sollen. Die ersten Erfahrungen
flossen bereits in den Bau der Anlage Neckarsulm II ein, wo erstmals ein Erdsonden-
Wärmespeicher für den Temperaturbereich von 40 - 85 °C realisiert wurde. Die Anlagentechnik
wurde hier modifiziert: erstmals kam ein Dreileiter-Wärmeverteil- und -sammelnetz
zum Einsatz.
Parallel zur Realisierung der Projekte wurden intensive Untersuchungen zu den Langzeit-
Wärmespeicherkonzepten durchgeführt. Neben Materialfragen (Baustoffe, Auskleidungsmaterialien,
Wärmedämmung) wurde die hydraulische und regelungstechnische Integration des
Wärmespeichers in die Nahwärmeversorgung untersucht. Daneben wurde in der Folge der
ersten solaren Großanlagen von einigen Herstellern die Kollektortechnik für Großanlagen
weiterentwickelt. Auf der Basis des 1992 in Ravensburg installierten, vor Ort montierten Kollektordaches
wurde das „Solar Roof“ entwickelt - eine vollständige Sparrendachkonstruktion
mit einem flächendeckenden Kollektorfeld und einer internen hydraulischen Verschaltung.
Insgesamt wurde mit den durchgeführten Pilotprojekten die Machbarkeit der solar unterstützten
Nahwärmeversorgung eindrucksvoll demonstriert. Insbesondere bei den Kollektoren
haben sich die Kostenprognosen für solare Großanlagen bestätigt: das Kosten/Nutzen-Verhältnis
von solaren Großanlagen ist um den Faktor zwei (Anlagen mit saisonalem Wärmespeicher)
bis vier (Anlagen ohne saisonalen Wärmespeicher) günstiger als bei Kleinanlagen
zur Brauchwassererwärmung.