Was ist Solarwärme?

Wir erklären in diesem Beitrag den Begriff Solarwärme und zeigen euch, warum er einerseits für eine Energieform steht und andererseits für eine Technologie, mit der sich diese nutzbar machen lässt. Es geht hier also auch um die Grundlagen von Solarwärmetechnik im Allgemeinen und Solarwärme-Anlagen im Speziellen.

Wer aus dem Schatten in die Sonne tritt, tritt vom schattigen Dunkel ins gleißende Licht. Es ist so hell, dass es eure Augen blendet und ein Blick in die Lichtquelle, die Sonne, unmöglich ist. Doch das Sonnenlicht ist nicht die einzige Energieform, die euch dann begegnet: Sobald die Sonnenstrahlen eure Haut streicheln, spürt ihr deren Wärme, die auf Dauer sogar so heiß werden kann, dass eure Haut ohne Schutz in der Sonne verbrennt.

Solarwärme – eine einfache Begriffserklärung

Das Adjektiv “solar” im Begriff Solarwärme kommt vom lateinischen Wort “sol” für “Sonne”. In Wortverbindungen wie Solarwärme bedeutet es so viel wie “die Sonne betreffende Wärme”, “zur Sonne gehörende Wärme” oder “von der Sonne ausgehende Wärme”. Man könnte also auch statt Solarwärme gut von Sonnenwärme sprechen.

Sonnenlicht und Sonnenwärme – gratis Energie von der Sonne

Licht und Wärme, das sind die Energien, die die Sonnenstrahlung uns gratis anliefert.

Das Licht der Sonnenstrahlen könnt ihr sehen, zumindest den für uns Menschen sichtbaren Anteil dessen – im Bereich von 380 Nanometern (nm) bis 780 nm. Ultraviolettes Licht (UV-Licht) und infrarote Strahlung (IR) dagegen sind unsichtbar fürs menschliche Auge. Die Wärme dagegen könnt ihr nur spüren, nicht sehen.

Was ist Solarwärme?

Die Sonnenwärme entsteht erst dann, wenn die Sonnenstrahlen auf Materie treffen, die sie absorbiert: Das können das Land, das Wasser, die Teilchen in der Luft der Erdatmosphäre sein – oder auch eure Haut. Die Energie der Sonnenstrahlen bringt die Teilchen in der jeweiligen Materie in Bewegung, dabei wird Wärme freigesetzt. Diese Wärme wird teils aufgenommen, teils abgestrahlt.

Das im Sommer hierzulande oftmals zu beobachtende Hizeflimmern ist Ausdruck dessen: So wird die Luft über einer heißen Asphaltstraße auch sehr heiß. Sie dehnt sich dabei aus, wird leichter und steigt deshalb aufwärts. Da die Luft ungleichmäßig erhitzt wird, trifft die heiße Luft hier und da auf kältere Luft und sinkt mit dieser wieder ab. Es entstehen Luftverwirbelungen, die als Flimmern zu sehen sind.

Sonnenstrahlen sind elektromagnetische Strahlen, auch elektromagnetische Wellen genannt. Wieviel der Strahlen eine Materie jeweils absorbiert, auf die diese auftreffen, das ist abhängig von der Art der Materie. Während weiße Absorber fast das gesamte sichtbare Spektrum des Sonnenlichts reflektieren, absorbieren schwarze Absorber dagegen deutlich mehr davon. Sie werden in der Sonne deshalb auch wärmer.

Die Rolle der Lufthülle bei der Entstehung von Solarwärme

Auf einen Quadratmeter Deutschlands trifft pro Jahr eine solare Strahlungsmenge von rund 1.000 Kilowattstunden (kWh). Das ist seit etwa 4,5 Milliarden Jahren scon so und soll noch weitere 5 Milliarden Jahre so sein. Dafür ist die Lufthülle rund um die Erde von besonderer Bedeutung.

Rolle der Lufthülle beim Auftreffen der Sonnenstrahlung auf die Erde

Gäbe es die Lufthülle nicht, würde die von der Oberfläche der Erde absorbierte und in langwellige Infrarot-Strahlung umgesetzte Solarenergie ins All zurückgeworfen werden. Etwa minus 18 Grad Celsius hätten wir dann als durchschnittliche Temperatur nur. Dass wir es deutlich wärmer haben, verdanken wir der Lufthülle, die die einfallende Sonnenstrahlung Großteils durch lässt. Die in der Atmosphäre befindlichen Gase “schlucken” vor allem UV- und IR-Strahlen. 17,4 Prozent der Sonneneinstrahlung auf die Erde werden von der Lufthülle absorbiert und in Wärme umgewandelt.

Rolle der Lufthülle beim Reflektieren der Sonnenstrahlung von der Erde

Die Lufthülle hindert darüberhinaus gut die Hälfte der Sonnenstrahlen, die auf die Erde auftreffen, daran, unverzüglich von ihr ins All zurück reflektiert zu werden. Indem die Lufthülle die langwellige Wärmestrahlung absorbiert, die infolge der Absorption der auftreffenden Solarstrahlung an der Erdoberfläche entsteht, erwärmt sie sich ein weiteres Mal. Das ist der Grund, warum es an der Erdoberfläche nicht eiskalt sondern im Mittel mild (15° Celsius) ist.

Das Team Erdoberfläche und Lufthülle nimmt zusammen etwa 70 Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie auf. Gut 30 Prozent werden an der Lüfthülle reflektiert und entwischen der Erde somit.

Ihr wollt mehr zum Thema wissen? Dann empfehlen wir die folgenden Beiträge hier auf dem Blog:

• Was ist ein Sonnenstrahl und wie transportiert er Energie von der Sonne?
• Heißes Interview mit der Sonne.

Technik zur Nutzbarmachung von Solarwärme

Solarwärme lässt sich mit entsprechender Solarwärmetechnik zum Heizen nutzbar machen – im Einfamilienhaus, im Mehrfamilienhaus oder  Nahwärmenetz, an das viele Gebäude angeschlossen sind. Solarwärme-Anlagen sind der Schlüssel dafür.

Sie sammeln die Sonnenenergie mit ihren Sonennwärme-Kollektoren ein, die es in ganz verschiedenen Bauformen gibt und die deshalb auch Unterschiedliches leisten. In den Kollektoren gibt es dafür spezielle Absorber. Die entstehende Wärme transportiert ein geeignetes Medium, flüssig oder gasförmig, von den Kollektoren zu einem Wärmespeicher. Aus diesem kann die Solarwärme nach Bedarf entnommen werden: In Abhängigkeit von der installierten Solarwärme-Anlage dienst diese zum Bereitstellen von Warmwasser und/oder zum Heizen.

Für mehr Infos zu Solarwärme-Anlagen legen ewir euch unsere Artikel “Komponenten einer Solarthermie-Anlage” und “Wie funktioniert ein Solarthermie-Kollektor? Die besten 10 Video-Antworten“ ans Herz. Verschiedene Typen von Solarthermie-Kollektoren stellen wir euch in diesem Blogpost vor.

Grafik: Doreen Brumme