Solar-Klimaanlagen: Kühlen mit Solarenergie

Auch in Deutschland werden die Sommer immer heißer: Seit den 1990er-Jahren steigt die jährliche Zahl der Hitzetage (mit mehr als 30 °C) stetig an. Gleichzeitig hat auch die Zahl der sogenannten Tropennächte zugenommen. Die langen Hitzewellen und die geringe Abkühlung in der Nacht führen dazu, dass es auch in unseren Wohnräumen seit Jahren immer wärmer wird. Wissenschaftler*innen sind sich einig, dass sich dieser Trend mit großer Wahrscheinlichkeit in den kommenden Jahren fortsetzen wird.

Um die Räume auf angenehme Temperaturen zu kühlen, laufen vielerorts Ventilatoren, Klimaanlagen und Co. im Dauerbetrieb. Aufgrund des Betriebs der Kühlgeräte steigt der Strombedarf im Sommer stark an. Infolge konventioneller Elektrizitätserzeugung wird die Umwelt weiter mit klimaschädlichen Treibhausgasen belastet, denn nach wie vor wird ein großer Teil der Energie auf fossilen Rohstoffen wie Kohle oder Erdgas gewonnen. Mit anderen Worten: Die Kühlung im Haushalt treibt die Erderwärmung voran. Ein nachhaltiger Lösungsansatz für umweltbewusste Hauseigentümer besteht darin, die Klimaanlage mit Solarenergie zu betreiben.

Bisher sind Klimaanlagen im privaten Wohnbereich in Deutschland noch nicht sehr verbreitet, doch die Nachfrage wächst. Strom aus der eigenen PV-Anlage ist deutlich günstiger als Netzstrom und Produktion von Solarstrom und der Verbrauch für die Klimaanlage fallen zeitlich zusammen: Zwei gute Gründe also, den Strom aus der PV-Anlage für die Klimaanlage einzusetzen. Hinzu kommt, dass Klimaanlagen Bedarfsspitzen erzeugen, die das Netz zusätzlich belasten und die sich solar "glätten" ließen. 

Die Energie der Sonne kann auf zwei verschiedene Weisen zur Kühlung eingesetzt werden: zum einen im Rahmen der Solarthermie, zum anderen per Photovoltaik (PV).

Im Gegensatz zum Heizen mit Solarenergie passen bei der Kühlung Energieproduktion und Eigenverbrauch jederzeit perfekt zusammen. An heißen, sonnigen Tagen, wenn der Kühlbedarf also besonders hoch ist, liefern sowohl die Solarkollektoren einer Solarthermie-Anlage als auch die Solarzellen von Photovoltaikmodulen den höchsten Ertrag.

Kühlen mit Solarthermie

Wer das Haus mittels Solarthermie-Anlage kühlen möchte, hat zwei Möglichkeiten. Es gibt:

• geschlossene Verfahren mit speziellen Adsorptions- oder Absorptionskältemaschinen
• offene Systeme mit Kühlung über die Luft

Ab- und Adsorptionsanlagen arbeiten mit einem zirkulierenden Kältemittel, das die Wärme aus der Raumluft aufnimmt und nach außen abgibt. Offene Systeme nutzen für die Kühlung dagegen das Prinzip der Verdunstung. Sie erreichen im Vergleich zur erstgenannten Variante jedoch keine ganz so hohe Kälteleistung. Bei beiden Verfahren kommen keine umweltschädlichen Kältemittel zum Einsatz. Meist sind die Kältemittel stattdessen natürlichen Ursprungs, oft wird Wasser verwendet.

Wird eine thermische Solaranlage zusätzlich zur Brauchwassererwärmung auch zum Kühlen eingesetzt, erhöht sich ihr Nutzungsgrad deutlich. Mit dem Sorptionsgerät als zusätzlichen Abnehmer kann die Solarthermie-Anlage größer ausgelegt werden, was im Winter zu einer höheren Wärmeerzeugung führt. Zudem werden Hitzeprobleme in den Sommermonaten vermieden.

Die Kombination aus Solarthermie und Klimaanlage ist derzeit noch relativ teuer. Derzeit steckt die solare Kühlung zudem noch in den Kinderschuhen, weshalb der Markt in Deutschland noch relativ klein ist und es nicht allzu viele Hersteller gibt, die entsprechende Produkte anbieten. Die Systeme kommen aktuell hauptsächlich in Bürogebäuden, Gewerbeeinheiten, Krankenhäusern oder Hotels zum Einsatz. Allerdings wird die Installation größerer Solarthermie-Anlagen sowohl durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) als auch durch die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) gefördert.

Kühlen mit Photovoltaik

Die Räume eines Hauses können selbstverständlich auch mit einer PV-Anlage gekühlt werden. Dabei kommen handelsübliche Klimageräte zum Einsatz, die mit Solarstrom betrieben werden. So spart man nicht nur Kosten ein, sondern steigert auch den Eigenverbrauch beim Photovoltaikstrom aus der eigenen Solaranlage.

Klimaanlagen galten lange Zeit als wahre Umweltsünder. Zum einen wurden früher umweltschädliche Kältemittel verwendet, zum anderen benötigen sie sehr viel Energie. Heute kommen verstärkt Kältemittel wie Ammoniak oder auch Wasser zum Einsatz, die das Klima schonen. Und der hohe Stromverbrauch geht dann nicht länger zulasten der Umwelt, wenn die Klimaanlage solar betrieben wird.

Arten von Klimaanlagen

Es gibt zwei unterschiedliche Arten von elektrisch betriebenen Klimaanlagen: mobile Klimageräte und Split-Klimaanlagen. Mobile Geräte erweisen sich als besonders flexibel. Sie sind leicht zu transportieren, relativ günstig in der Anschaffung und sofort betriebsbereit. Bei ihnen muss man einfach nur den Stecker in die Steckdose stecken und schon kann der Raum klimatisiert werden. Die Funktionsweise ist einfach: Die Klimaanlage saugt warme Luft aus dem Raum ein, kühlt sie mithilfe eines Kompressors herunter und gibt sie dann wieder in den Raum zurück.

Split-Klimaanlagen sind dagegen fest installiert. Sie bestehen aus einem Innen- und einem Außenteil, beide sind räumlich voneinander getrennt. Der Innenteil, der sich im Haus befindet, umfasst ein Gebläse mit Wärmetauscher; der Außenteil, der außerhalb des Gebäudes montiert wird, beinhaltet einen Kompressor und eine Kältemittelpumpe. Weil sich der Kompressor außen befindet, ist eine Split-Anlage in Innenräumen deutlich leiser als mobile Geräte. Für die Installation ist jedoch ein Mauerdurchbruch erforderlich.

Eine Split-Klimaanlage kann aber nicht nur kühlen: Mit vielen Geräten lässt sich das Haus auch beheizen. Gerade in den Übergangsmonaten kann mit der Klimaanlage die Zeit überbrückt werden, bis die Heizungsanlage in Betrieb geht. In kleinen Ferienhäusern genügt solch eine Anlage häufig sogar als alleiniger Wärme- und Kälteerzeuger.

Die meisten Split-Klimaanlagen lassen zudem einen reinen Lüftungsbetrieb zu: Dabei wird die verbrauchte Luft aus den Räumen abgesaugt und frische Luft zugeführt. Spezielle Filter halten Staub und Pollen zurück, sodass auch Allergiker durchatmen können. 

Optimal gesteuert: Wechselrichter mit Energiemanager

Damit Solarstromanlage und Klimagerät optimal zusammenarbeiten, bedarf es eines Wechselrichters mit Energiemanagementsystem. Er stellt sicher, dass die Klimaanlage nur dann läuft, wenn ein Überschuss an Strom vorhanden ist. Ein wichtiger Aspekt, denn nutzt die Klimaanlage unbemerkt Elektrizität aus dem öffentlichen Stromnetz, kann es schnell teuer werden. Es lassen sich übrigens nicht alle Klimaanlagen über einen Wechselrichter ansteuern. Gewissheit bringt ein Blick in die Produktbeschreibung oder eine Anfrage beim Produzenten.

Exkurs: Kühlen mit der Wärmepumpe

Auch mit einer Wärmepumpe, die ebenfalls via Solarstrom betrieben werden kann, lässt sich das Haus im Sommer auf angenehme Temperaturen herunterkühlen – vorausgesetzt, es handelt sich um ein reversibles Modell. Zudem muss eine Fußbodenheizung im Gebäude vorhanden sein, welche die Raumwärme aufnehmen kann. Die Kühlleistung einer Wärmepumpe fällt jedoch geringer aus als die einer Split-Klimaanlage.