Prozesswärme aus Sonnenenergie

Das Baden-Württemberger Unternehmen Paradigma baut seit 2006 solarthermische Großanlagen mit CPC-Vakuumröhrenkollektoren, die wie konventionelle Kessel arbeiten und wie solche auch einfach verschaltet werden. In kurzer Zeit entstanden so bereits zahlreiche Anlagen, darunter mit 1330 m² Bruttokollektorfläche bei der Fa. Festo AG & Co. KG in Esslingen-Berkheim bei Stuttgart auch die größte der Welt, welche im Sommer die Kühlung von über 27000 m² Bürofläche unterstützt und im Winter zur Heizung beiträgt. Knapp 300 weitere Anlagen, darunter auch noch viel größere, sind in Planung.

Vorteil durch technischen Vorsprung

Seit 2003 setzt Paradigma mit dem „AquaSystem“ konsequent nur noch Wasser als Wärmeträger ein und schützt die Kollektoren mit Niedertemperaturwärme aus der Anlage vor Frost. Aufgrund der geringen Wärmeverluste der CPC-Vakuumröhrenkollektoren ist hierfür nur ein kleiner Energiebetrag von 2 bis 4 % des solaren Jahresenergieertrages notwendig, der durch die Vorteile des Wassers und hoher Arbeitstemperaturen mehrfach kompensiert wird. Dieses Konzept hat sich inzwischen etwa 25 000 mal bewährt.

Gegenüber herkömmlichen Solaranlagen liegen die Vorteile des AquaSystems auf der Hand. Der Betrieb mit Wasser

ermöglicht die einfache, direkte Anbindung an das hauseigene Wärme­netz,

spart teuere Aggregate wie Wärmetauscher, Entlüfter, Ventile, Pumpen sowie Misch- und Regeltechnik,

ist die Voraussetzung für den Einsatz eines ertragsoptimierten und dadurch kleinen Speichers,

erspart die hohen einmaligen und laufenden Kosten, die mit jedem Frostschutzmittel verbunden wären,

senkt extrem Kosten und Dauer von Inbetriebnahme und Reparaturarbeiten,

sichert eine lange Lebensdauer bei nahezu gleichbleibender Leistung,

beseitigt alle Risiken, die mit der thermischen Stagnation verbunden sind und

minimiert die laufenden Wartungs- und Verbrauchskosten.

Der Einsatz von CPC-Vakuumröhrenkollektoren sichert den nach Stand der Technik höchstmöglichen solaren Jahresgesamtertrag und eine lange Lebensdauer mit einem fast wartungsfreien System.

Zielgruppen sind u. a. Getränkehersteller wie Brauereien, generell Lebensmittelhersteller, z. B. aus der Fleisch- und Wurstindustrie, Großwaschanlagen, Galvanisierbetriebe, Lackierereien sowie Kühlanlagen zur Raumklimatisierung, aber auch Krankenhäuser, Kasernen, Hotels und Freizeiteinrichtungen – im Grunde alle, die viel warmes Wasser mit Temperaturen bis maximal 130 °C benötigen.

Eine kurze Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Die Rentabilität einer solarthermischen Großanlage hängt von vielen Parametern ab. Einige davon, wie die zukünftige Energiepreissteigerung, die Kapitalverzinsung und die Inflationsrate, können nur abgeschätzt werden. Trotzdem lässt sich auch heute schon die Wirtschaftlichkeit gut prognostizieren. Abhängig vom zeitlichen Lastprofil, der Art des Prozesses, der Solltemperatur, dem Standort und dem angestrebten Grad der Substitution konventioneller Wärmeerzeuger werden dem solaren Großkunden zwischen 350 und 700 kWh/m² Bruttokollektorfläche und Jahr an Energieersparnis geliefert. Für das Kollektorfeld inklusive der Montage- und Anschlusssets, der Regelung und Fernüberwachung sowie der kompletten Planungskosten gilt für Anlagen ab 1000 m² ein Preis von ca. 268 € (+ MWSt.) pro Quadratmeter Bruttokollektorfläche. Dazu kommen noch die individuelle Untergrundbefestigung, Rohre und Isolierung, Speichertechnik sowie diverse Aggregate wie Pumpen und Ventile.

Als Gesamtkosten sind je nach Speichergröße 450 bis 600 € pro Quadratmeter Bruttokollektorfläche realistisch, für Anlagen unter 100 m² Bruttokollektorfläche bis 800 €/m². Hat man 20 Jahre lang jährlich 500 kWh/m² bei Investitionskosten von z. B. 500 €/m², dann ergibt sich in erster Näherung ein Energiepreis von 5 Cent/kWh. Bei konstanten Energiekosten auf heutigem Niveau ergäbe sich eine Amortisa­tionszeit von ca. 13 Jahren (Punkt 1 im Diagramm). Natürlich erhöhen sich diese Zahlen infolge von laufenden jährlichen Kosten wie z. B. für Wartung und für Elektroenergie, infolge der Verzinsung des Kapitals und der Alterung der Kollektoren. In unverhältnismäßig stärkerem Maße verringern sie sich aber durch die Inflation, durch Energiepreissteigerung, durch Förderung und auch dadurch, dass aufgrund des Kesselwirkungsgrades des ersetzten fossilen Energieerzeugers mehr als nur 500 kWh/m²a fossile Energie gespart wird. Bei gewerblicher Nutzung der Solaranlage verkürzt sich die Amortisationszeit nochmals stark infolge steuerlicher Abschreibung und der Erstattung der Mehrwertsteuer.

In einem in Tabelle 1 und 2 dargestellten plausiblen Zahlenbeispiel läge die Amortisationszeit im resultierenden Bild 4 bei 7,8 Jahren (Punkt 2) ohne bzw. 5,7 Jahren (Punkt 3) mit gewerblicher Nutzung. Vom Zeitpunkt der Amortisation erzeugt eine thermische Solaranlage (anders als jeder andere Wärmeerzeuger) nahezu Reingewinn. Für eine lange Betriebszeit übersteigt der Gewinn die Investitionskosten um ein Vielfaches, was zu hervorragend guten Verzinsungen des eingesetzten Kapitals von 10,5 % ohne bzw. 13,8 % mit gewerblicher Nutzung führt. Auch die Kapitalrentabilität ROI (return on investment) kann sich sehen lassen.

Da der „Gewinn“ ohne die Solaranlage real als Energiekosten angefallen wäre, ist er nicht nur ein Buchwert, sondern bleibt auch real übrig. Somit kann er vom Zeitpunkt der Amortisation wie eine Rente, z. B. wieder zum jährlichen Kapitalzins von 5 %, angelegt werden. Berücksichtigt man dies im ROI, steigt dieser nochmals um 2 bis 3 Prozentpunkte an. Momentan (2008) ist die Kilowattstunde aus Öl und Gas zwar noch für 4 bis 8 Cent zu haben, in 20 Jahren aber vielleicht nicht einmal mehr für 50 Cent, wenn die Preissteigerung nicht sogar noch rasanter stattfinden wird. Elektroenergie muss immer um ein Vielfaches teurer sein und ist zum Heizen zu kostbar. Die Zeit zum Handeln ist jetzt reif. Das gute Gefühl und Image, bereits heute beispielgebend in die energetische Zukunft zu investieren und damit zu den Pionieren zu gehören, lässt sich jedoch schwer in Euro und Cent ausdrücken. Einen Wermutstropfen gibt es trotzdem: Die Förderung über das Bundesumweltministerium (BMU) nimmt nicht die Leistung, sondern die Bruttokollektorfläche als Förderkriterium. Je schlechter ein Sonnenkollektor ist, umso mehr Förderung erhält er damit, bezogen auf seine Leistung. Die hier geschilderte CPC-Vakuumröhrenkollektortechnik, die mit Abstand die höchsten Jahreserträge erbringt und die für viele Prozesswärmeanwendungen die einzig mögliche Technik ist, wird dadurch empfindlich benachteiligt. Außerdem fördert das Fördermittelgesetz nur ineffiziente Saisonalspeicher, welche für die hier angesprochenen Anwendungen vollständig versagen würden, während hoch wirtschaftliche Kurzzeitspeicher überhaupt nicht explizit gefördert werden. Nachdem die KfW-Bank nun ebenfalls in den eingangs erwähnten Bankenstrudel geraten ist, wird sich die Fördersituation über das BMU kurzfristig kaum verbessern. Allerdings gibt es auch noch das Bundeswirtschaftsministerium, Länderförderung und europäische Adressen als Ansprechpartner für Fördermittel. Beispielsweise ist die Landesförderung von Sonnenkollektoren in NRW vorbildlich.

Die Projektgestaltung

Zunächst wird jedes Bauvorhaben von Paradigma auf Eignung geprüft. Dann wird die Solaranlage grob dimensioniert und zusammen mit einer Grobkalkulation, einer Ertragsprognose und einer Rentabi­li­täts­abschätzung vorgeschlagen. Die Grobkalkulation enthält die vor­aussichtliche Komponentenzusammenstellung mit verbindlichen Preisen zum Kollektorfeld und Richtpreisen für weitere Aggregate wie Speicher, Pumpen, Rohre usw. Bei Beauftragung einer Detailplanung werden Planungskosten in Höhe von 5,8 % des Angebotspreises für das Kollektorfeld erhoben, die wieder gutgeschrieben werden, sobald der Lieferauftrag eingeht. Ein Lieferauftrag für eine solare Großanlage ist ohne eine zuvor beauftragte Detailplanung nicht möglich. Paradigma arbeitet eng mit den Projektplanern des Auftraggebers oder Generalunternehmers zusammen und übernimmt die Gesamtverantwortung für die Solaranlage. Für den Bau der Kollektoranlage empfiehlt Paradigma solartechnisch erfahrene und bewährte Partnerbetriebe.

Fazit

Die Hemmnisse für solarthermische Großanlagen sind von techni­scher Seite her überwunden. Mit CPC-Hochleistungs-Vakuumröhren­kollektoren als „Hochtemperatur-Motor“, Wasser als Wärmeträger und dem Solarregler „SystaSolar Aqua“ steht ein einfaches und deshalb für Investoren und Ausführende sympathisches Konzept zur Verfügung. Die aus unserer Sicht geradezu explodierende Nachfrage zeigt, wie sehr der Markt auf wirklich gute Kollektoren und Konzepte gewartet hat. Indem sich Paradigma die völlige, für den Kunden kostenfreie Planungshoheit über die Kollektorfelder mit dem AquaSystem vorbehält, wird gewährleistet, dass sich in jeder dieser Anlagen ein Höchstmaß an Funktionalität widerspiegelt. Auf dieser Grundlage vergibt Paradigma bis zu zehn Jahre Garantie und tritt beim Frostschutz 15 Jahre in Gewährleistung.