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 Veröffentlicht: 24. Juni 2010.

Wie stehen die Aussichten für Solares Kühlen?

Von Martin Dehli
(
Martin.Dehli@energie-fakten.de, Lebenslauf Link zur Hochschule Esslingen)

KurzfassungDehli

Der Energiebedarf für Klimatisierung und Kälte steigt weltweit: Sich mit dem technischen Fortschritt wandelnde Arbeitsbedingungen und wachsender Wohlstand erweitern das Bedürfnis nach passend temperierten Räumen. In heißen, sonnenreichen Regionen ist die Klimatisierung nicht selten sogar eine Grundvoraussetzung für die weitere Entwicklung. Längerfristig muss nicht zuletzt wegen der fortschreitenden Industrialisierung heutiger Schwellen- und Entwicklungsländer mit einem weltweit erheblich wachsenden Klimatisierungsbedarf gerechnet werden. Und gleichzeitig ist besonders in Ballungsräumen – als Folge sowohl örtlicher Klimaveränderungen als auch des globalen Klimawandels – mit höheren Mitteltemperaturen im Sommer zu rechnen. In Regionen wie z. B. Südjapan, Südchina, Südindien und Kalifornien sowie im Nahen und Mittleren Osten stößt die Stromversorgung wegen des hohen Strombedarfs von herkömmlichen Klimaanlagen in den Sommermonaten bereits heute z. T. an Kapazitätsgrenzen.

Großzügig verglaste moderne Gebäude müssen im Sommer häufig erhöhte Wärmelasten durch Sonneneinstrahlung verkraften und haben einen erheblichen Kühlbedarf. Daneben spielen innere Wärmelasten – durch Personen und eine zunehmende Anzahl elektrischer Geräte – eine Rolle. Bauherren, Ingenieure und Architekten setzen deshalb Erwartungen in die Nutzung von Solarenergie zum Kühlen – denn die Sonne scheint zumeist dann stark, wenn Gebäude gekühlt werden müssen. Sonneneinstrahlung und die Nachfrage nach Gebäudekühlung passen also oft in erster Näherung zeitlich zusammen.

Hierzu ist in den vergangenen zwei Jahrzehnten eine Reihe unterschiedlicher solarthermischer Techniken entwickelt worden, die meist im Verbund mit anderen Kühltechniken betrieben werden. Aus wirtschaftlichen Gründen haben sie sich allerdings bisher nur vereinzelt zu einer echten Konkurrenz zu den konventionellen Techniken der Kälteerzeugung entwickeln können – obwohl sie sich inzwischen meist in der Praxis bewährt und im Markt verankert haben.

Bei der solarthermischen Kühlung dient die mit thermischen Solarkollektoren (überwiegend Flachkollektoren oder Vakuum-Röhrenkollektoren) eingefangene Wärme der Sonnenstrahlung dazu, einen kältetechnischen Prozess auf der Grundlage von Absorptions- oder Adsorptionskältemaschinen anzutreiben. Diese müssen so ausgelegt sein, dass sie mit den Temperaturen aus den Solarkollektoren – d. h. bis herunter zu 70 °C – auskommen. Die Beschränkung auf thermische Solarkollektoren schließt zugleich aus, dass der wichtigste kältetechnische Prozess – der konventionelle Kompressions-Kältemaschinenprozess – eingesetzt werden kann, denn dieser braucht für den Kompressorantrieb mechanische Energie, die z. B. von Elektromotoren oder von Gas-Verbrennungsmotoren kommt.

Da eine solare Kühlung allein meist nicht für alle Lastfälle ausreicht, benötigt man Kältespeicher und Zusatzsysteme, die wirksam einspringen können (so genannte „Back-up-Systeme“). Dafür ist – neben konventionell wärmeversorgten Absorptions- und Adsorptionstechniken – vor allem die Technik der konventionellen Kompressions-Kältemaschine interessant.

Damit die Investitionskosten für das solare Kühlen nicht zu hoch werden, sollte versucht werden, die dafür notwendigen thermischen Solarkollektoren auch für andere Zwecke (z. B. zur Trinkwassererwärmung) zu nutzen. Und um die Anlagen kostensparend auf kleinere Leistungen hin auslegen zu können, müssen zusätzlich auch die passive Gebäudekühlung und die freie Kühlung genutzt werden: Bei der passiven Gebäudekühlung wird nachts mit Hilfe kühler Außenluft gelüftet, um das Gebäude abzukühlen. Die passive Gebäudekühlung stößt allerdings bei hohen Wärmelasten oder wenig absinkenden Nachttemperaturen, wie sie z. B. in Ballungsgebieten im Hochsommer auftreten, an ihre Grenzen. Bei neuen Gebäuden steht noch vor der solaren Kühlung die Verminderung von Wärmelasten durch eine geeignete Gebäudekonstruktion. Neue Gebäude sollten deshalb eine hochwertige Gebäudehülle aufweisen, die im Sommer möglichst wenig Solarstrahlung eindringen lässt – etwa durch entsprechende Fenster, Verschattungseinrichtungen, Außenjalousien u. ä. Für die Wirtschaftlichkeit sind nicht nur die eingesetzte Technik sowie das zeitliche und mengenmäßige Profil des Kühlbedarfs von Bedeutung, sondern auch die Kosten der Energie, die in der Konkurrenztechnik – der elektrischen Kompressionskälteanlage – eingesetzt wird.

Falls sich bei der Stromerzeugung mit solarthermischen Kraftwerken und Photovoltaik-Anlagen in sonnenreichen Regionen künftig nennenswerte Kostensenkungen erzielen lassen sollten, könnten in Zukunft auch die wirtschaftlichen Möglichkeiten einer solarelektrischen Klimatisierung interessant werden. Diese ist technisch sowohl mit herkömmlichen, elektrisch betriebenen Klimaanlagen als auch mit den üblichen Stromversorgungslösungen kompatibel. Bislang spielt die solarelektrische Kühlung indessen nur eine untergeordnete Rolle – z. B. bei der Medikamentenkühlung in wenig entwickelten ländlichen Regionen ohne Anschlussmöglichkeit an ein großräumiges Stromnetz.

Weitere Informationen können Sie der Langfassung entnehmen.
Hier können Sie Kurz- und Langfassung gemeinsam als pdf downloaden (pdf, rd. 83 kB). Dieser Beitrag wurde am 24. Juni 2010 veröffentlicht.

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