Solare Klimatisierung bereits in der Pilotphase
(29.6.2006)

Der Bedarf an Kälte zur Klimatisierung von Gebäuden und zur Kühlung von Prozessen wächst weltweit. Gleichzeitig steigen die Preise für Energie. In Ländern mit hoher Sonneneinstrahlung führen Klimaanlagen bereits zu einem kritischen Anstieg des Spitzenstrombedarfs. Nach Untersuchungen der Internationalen Energie Agentur (IEA) wird der Strombedarf für die Klimatisierung von Gebäuden in Europa weiter zunehmen. Während in Japan fast 100 Prozent der Bürogebäude und 85 Prozent der Wohngebäude klimatisiert sind, liegt der Anteil in Europa bei den Büros bei nur 27 Prozent und bei Wohngebäuden gerade mal bei fünf Prozent.

Aufgrund der klimatischen Veränderungen in Europa sowie dem allgemeinen Trend zu mehr Komfort erwartet die IEA einen Zuwachs an gekühlten Gebäudeflächen von 65 Millionen m²/Jahr bis zum Jahr 2020 in Europa oder 12,7 Prozent/a . Die höchsten Zuwachsraten mit bis zu 50 Prozent werden in Italien und Spanien erwartet, Deutschland liegt dagegen eher im mittleren Bereich.

Fachleute befürchten, dass es im Zuge der Liberalisierung des Strommarktes sowie dem wachsenden Bedarf an Spitzenstrom für Klimaanlagen im Sommer zu Engpässen bei der Stromversorgung kommen könnte. Mit der Förderung von solar unterstützen Klimaanlagen will die IEA ein dreifaches Zeichen setzen:

• Energie einsparen,
  
• CO2-Ausstoß mindern und
  
• die Kapazität des europäischen Stromverbundnetzes absichern.

Mindestens 20 Prozent Zuwachsraten

Analysten von Banken und Fondsgesellschaften rechnen in den nächsten 15 Jahren mit jährlichen Wachstumsraten auf dem Photovoltaikmarkt von durchschnittlich 20 Prozent. In der Solarthermie sollen aufgrund der hohen Ölpreise sogar Zuwachsraten von 25 bis 30 Prozent möglich sein. Mit rund 75 Prozent Marktanteil ist China unbestrittener Wachstumstreiber in diesem Bereich.

Insgesamt sei der Markt für thermische Solaranlagen ähnlich dynamisch wie der Photovoltaikmarkt, obwohl politisch und gesetzlich weniger gefördert. Bereits heute werde mit Solarthermieanlagen weltweit 18 mal mehr Energie erzeugt als mit Photovoltaikanlagen, so eine Studie der schweizerischen Bank Sarasin. Aus Sicht der Analysten sei die Technologie des solaren Kühlens ein wichtiger Wachstumsfaktor im Bereich der Solarthermie.

Viel versprechende Entwicklung in Europa

Im Gegensatz zu den Massenmärkten Photovoltaik bzw. Solarthermie für die Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung befindet sich die solare Kühlung noch in der Pilotphase. Europaweit sind derzeit rund 85 Anlagen mit einer Kälteleistung von rund 6.300 kW in Betrieb. Die dafür eingesetzte Solarkollektorfläche beträgt etwa 17.500 m².

Dies deckt sich in etwa mit dem Richtwert, wonach für die Erzeugung von einem Kilowatt Kälteleistung rund 3 m² Kollektorfläche notwendig sind. Die vorherrschende Größe bei den realisierten solaren Klimaanlagen liegt im Bereich über 100 kW Kälteleistung, da die Auswahl an geeigneten kleinen, thermisch angetriebenen Absorptionskältemaschinen derzeit noch gering ist.

• Bei etwa 60 Prozent der Anlagen kommen Absorptionskältemaschinen zum Einsatz,
  
• 12 Prozent arbeiten nach dem Adsorptionsprinzip und
  
• ca. 23 Prozent der solaren Klimatisierung basieren auf Desiccant and Evaporative Cooling-Verfahren (DEC).

Systeme zur solaren Klimatisierung

Grundsätzlich wird bei der solaren Klimatisierung zwischen thermisch solar autarken Systemen und solar unterstützten Systemen unterschieden. Bei autarken Systemen ist der Solarkollektor die einzige Antriebsquelle, bei unterstützten Systemen wird zusätzlich mit wärmeseitigen (Heizkessel) oder kälteseitigen (konventionelle Kältemaschine) Back-up-Systemen gearbeitet.

Planungsunterstützung durch Wissenschaftler

Alle Beteiligten sind sich darüber einig, dass die Planung einer solaren Kühl- bzw. Klimaanlage noch immer sehr aufwändig ist. Aus der Vielzahl an Erkenntnissen aus den bestehenden Anlagen nachfolgend einige für den Planungsprozess wichtige Aussagen:

• Bei allen Gebäuden mit solarer Kühlung sollten zunächst alle Maßnahmen zur Minimierung der Kühllast getroffen werden. Die anteilige Deckungsrate des Solarsystems muss so hoch sein, dass der zusätzliche Primärenergieaufwand gerechtfertigt ist. Sofern ein Backup-System notwendig ist bzw. vom Bauherrn gewünscht wird, sollte dieses möglichst klein gehalten werden.
  
• Wo es die Nutzung zulässt, sollte eine solar autonome Anlage ohne Backup-System geplant werden. Defizite bei der Kollektorleistung im Tagesgang können ggf. durch größere Pufferspeicher ausgeglichen werden. Auch die Einbindung konventioneller Heizkessel als Backup für das solare Kühlkonzept ist denkbar und wird auch praktiziert.
  
• Zwischen dem solaren Angebot und der Kühllast eines Gebäudes besteht keine völlige Übereinstimmung, da auch innere Lasten sowie die Speicherwirkung eines Gebäudes berücksichtigt werden müssen.
  
• An die Kollektoren werden höhere Anforderungen gestellt als bei einer Trinkwassererwärmung. Für die thermisch angetriebenen Kälteverfahren sind Mindesttemperaturen notwendig, damit der Kälteprozess in Gang kommt.

Ausblick

Die solare Klimatisierung findet wachsendes Interesse bei Bauherren, Planern und Solarfirmen. Allerdings sind die Anlagen wegen ihres individuellen Charakters noch keine Selbstläufer, d.h. ohne Förderung sind derzeit oft noch keine wirtschaftlich interessanten Amortisationszeiten zu erreichen. Die Praxis zeigt, dass in allen Bereichen noch Spielraum für Optimierungen besteht. Dies gilt sowohl für die Planung als auch für Installation, Inbetriebnahme und Betrieb. Als größte Herausforderung solarer Klimaanlagen gelten die Hydraulik und die Regelung.

Wegen der steigenden Energiepreise und dem wachsenden Spitzenstrombedarf durch Klimaanlagen gilt die Technik jedoch als sehr aussichtsreich, insbesondere in sonnenexponierten Ländern.

Wichtig ist, dass in Zeiten ohne Kühlbedarf die zur Verfügung stehende Wärme genutzt werden kann, z.B. zur Trinkwassererwärmung.