TEIL C

Solarsiedlungen

Eine besondere Form der Solaranwendung in der Architektur bilden ganze Siedlungskonzepte, bei denen Sonnen- und andere erneuerbare Energien in großem Umfang eingesetzt werden. Über verschiedene dieser Solarwohnanlagen habe ich schon im Bereich der photovoltaischen Großanlagen gesprochen. Hier möchte ich noch einige weitere Siedlungen darstellen, bei denen Bauweise und Technologie zu weitgehender energetischer Autonomie führen.

Zu den ersten Solarsiedlungen gehört das bereits 1980 in Bayern solartechnisch umgewandelte Dorf Penzberg, welches anschließend auch die erste Ortschaft in Deutschland wurde, wo – laut Wüstenrot – „überhaupt kein Öl mehr gebraucht wurde“.

Seit 1981 besteht eine Kooperation zwischen 7 chinesischen Universitäten und Forschungsstellen und ebenfalls 7 deutschen Instituten und Firmen (AEG, KfA-Jülich u.a.). Dabei geht es um den 30 km südwestlich von Peking liegenden Ort Yihezuan, der dann 1986 unter dem Namen Neues Solardorf eingeweiht wird. 140 Bauernhaushalte mit insgesamt 650 Bewohnern bekommen 70 Passivsolarhäuser mit Glasfronten und Speicherwänden sowie Solarkollektoren. Den um 20 % höheren Baukosten stehen Kohleeinsparungen von 60 % – 80 % gegenüber.

435 Wohneinheiten im Rahmen von 26 zwei- bis sechsgeschossigen Wohngebäuden umfaßt die Solarwohnanlage im Athener Vorort Lykovrissi, dazu kommt ein Bürgerzentrum und eine Ladenzeile mit 10 Geschäften. Die im November 1990 eingeweihte Anlage gilt zu diesem Zeitpunkt als weltweit größtes Demonstrationsvorhaben zur abgestimmten Nutzung verschiedener Formen der aktiven und passiven Solarenergienutzung – von der Anordnung der Gebäude, der Gebäudearchitektur über Flach- und Vakuumkollektoren bis zu Wärmepumpen und einer zentralen Wärmeversorgung. Die Kosten von rund 100 Mio. DM für dieses größte deutsch-griechische Gemeinschaftsprojekt wurden zu je 50 % geteilt. Die erreichten Einsparungen gegenüber konventionellen Systemen betrugen je nach Saison bis zu 90 %.

In Linz beginnt 1995 der Bau eines Niedrigenergie-Wohnviertels mit dem Namen Solar-City für 25.000 Menschen.

Im Mai 1997 nimmt in Bremen eine der größten Dachintegrierten PV-Anlagen ihren Betrieb auf, bei der insgesamt 960 Solarmodule auf den 80 Reihenhäusern der Neubausiedlung ‚Auf dem Kruge’ eine Gesamtleistung von 200 kW erreichen. Die Module übernehmen hier die Funktion des Daches, was die Kosten und das Flächenproblem entschärft.

1997 beginnt die Planung einer Reihenhaussiedlung am Schlierberg in Freiburg, Stadtteil Wiehre, die aus 148 Plusenergiehäusern des Kölner Unternehmens Instag AG besteht. Die Häuser sind von Rolf Disch konstruiert worden und erwirtschaften ihren Bewohnern durch den Einsatz von Solarsystemen im Jahressaldo einen Energieüberschuß. Diese Solarsiedlung auf dem Gelände der ehemaligen Vauban-Kaserne, deren organische Abfälle und Fäkalien zu Biogas vergoren und in einem eigenen BHKW genutzt werden, ist auch eines der dezentralen Projekte der Expo 2000. Die erste Preiskalkulation lautet 160 Mio. DM und als Baubeginn wird schließlich das Frühjahr 1999 genannt (die Verzögerung entstand durch den Konkurs eines Unternehmens der Deyhle-Gruppe, zu der auch die Instag AG gehörte). Die Häuser sind nicht billig: für 54 m² müssen 218.000 DM, und für 250 m² sogar 622.000 DM gezahlt werden.

Auf der 5. Europäischen Konferenz für Solares Bauen Mitte 1998 in Bonn gibt das Düsseldorfer Ministerium für Bauen und Wohnen bekannt, daß „in nächster Zeit“ an Rhein und Ruhr zunächst 50 Solarsiedlungen entstehen sollen.

Im Rahmen der EXPO 2000 wird im April 1999 in Emmerthal bei Hameln mit der Planung einer Solarsiedlung von 80 Einfamilienhäusern begonnen. Diese Solarsiedlung am Ohrberg wird vom Institut für Solarenergieforschung (ISFH) in Emmerthal wissenschaftlich begleitet. Ein ähnliches EXPO-Projekt ist auch die kleine Solarsiedlung Uckermark in Bruchhagen, wo 5 Häuser ausschließlich mit Solarenergie beheizt werden. Als Saisonspeicher werden hier Sorptionsspeicher (s.d.) installiert. Laut Umfragen ist zu diesem Zeitpunkt die Nutzung der Sonnenwärme die Wunschenergie Nr. 1 der deutschen Haushalte!

Zwischen 1975 und 2005 wurden in Deutschland rund 150 Ökobau-Projekte mit zusammen über 30.000 Wohneinheiten realisiert, die inzwischen auf der Internetseite ökosiedlung.de ausführlich dargestellt werden. Das nicht-kommerzielle Verzeichnis wurde 2000 im Rahmen einer Studienarbeit am Institut für industrielle Bauplanung der Universität Karlsruhe begonnen und seitdem ständig weiter ausgebaut.

Ein Solargebäude der 3. Art soll in Dubai entstehen, wie Mitte 2006 bekannt gegeben wird: Der 20-stöckige ‚Rotating Tower’ besitzt vier mittels Solarenergie drehbare Penthouses und eine ebenfalls drehbare Villa ‚on the top’. Bei einem Erfolg plant das Unernehmen High Rise Realstate LLC weltweit weitere 23 dieser Türme zu errichten.

Abschließend soll nicht vergessen werden auf die weltweit verbreitete Lehmbauarchitektur hinzuweisen, die sogar in mehr als einer Form mit der Sonnenenergie verbunden ist – schließlich werden die Lehmziegel meistens ja auch sonnengetrocknet. Aus Syrien kenne ich relativ einfache Lehmbautechniken, die trotzdem erhebliche Vorteile gegenüber der inzwischen leider auch dort schon weit verbreiteten Betonbauweise bieten, denn das atmungsaktive und isolierende Material heizt sich im Sommer kaum auf, während es im Winter genauso gering auskühlt. Und wenn Sie einmal morgens in einen unbelüfteten Betonraum gekommen sind, in dem acht Landarbeiter geschlafen haben, dann wissen Sie welchen olfaktorischen Unterschied es macht, wenn Sie die acht in einem Lehmbau-Raum schlafen lassen...

Und schließlich wird ein jedes Haus ein wenig zu einem Solarhaus, wenn es eine begrünte Fassade  oder ein begrüntes Dach erhält, oder wenn z.B. transparente Folien genutzt werden, die – unmittelbar auf die Fensterscheiben geklebt – Sonnenwärme zwar hinein, aber nicht wieder herauslassen...

Heliostate

Ein Heliostat ist ein Spiegelapparat mit einem Spiegel, der das Sonnenlicht unabhängig von der Änderung der Sonnenposition am Himmel immer auf den gleichen, ortsfesten Punkt reflektiert. Der ersten Systeme wurde entweder manuell oder mit mechanischen Federmotoren nachgestellt. Jean Bernard Léon Foucault entwickelte um 1865 einen verbesserten Heliostaten, der auch für einen größeren Bereich des Himmels verwendbar war, und bezeichnete diesen deshalb als Siderostaten.

Die Firma Bomin-Solar-System von Hans Kleinwächter stellt bereits 1988 einen kommerziellen Heliostaten vor, einen flachen Spiegel, der das Licht von außen auf innerhalb der Gebäude liegende ‚Lichtverteiler’ richtet und damit Kunstlicht überflüssig macht. Ein Quadratmeter Heliostatenfläche erbringt dabei eine Lichtleistung von max. 700 Watt, die je nach Wirkungsgrad herkömmlicher Leuchtkörper bis zu 7.000 Watt elektrische Energie ersetzen. Noch wichtiger als die ökonomischen, scheinen aber die physiologischen Vorteile des Naturlichts zu sein.

Ein weiteres System bildet der automatisch sonnennachgeführte Helioflex-Spiegel von Christoph Keller aus Berlin, der diesen 1994 zum Patent anmeldet (P 44 24 571.8). 1997 macht er wieder von sich reden, als er mit einem serienreifen Helioflex von knapp einem Meter Durchmesser dunkle Hinterhöfe im Prenzlauer Berg ‚erleuchtet’. Der Bausatz soll zu diesem Zeitpunkt etwa 5.000 DM kosten.

Seit einigen Jahren produziert auch das Offenbacher Unternehmen EGIS GmbH Heliostaten, von denen die zweiachsige 4 m²-Ausführung etwa 3 kW Energie in das Gebäude hinein transferiert – allerdings auch knapp 9.000 € kostet.

Das 1995 in Berlin neu gebaute Ring-Center in Friedrichshain wird mit drei Heliostaten von jeweils 6 m² Fläche ausgerüstet, die ihr Licht auf 72 kleinere Spiegel werfen, welche auf dem Glasdach des Atriums installiert sind. Diese Spiegel sind so justiert, daß sich im Inneren des Einkaufszentrums eine natürliche Helligkeit ergibt.

Große Stand-Heliostaten werden auch in Solarturm-Kraftwerken eingesetzt (s.d.), in dem sie zu Hunderten ihr Licht auf einen in einer Turmspitze untergebrachten Absorber konzentrieren. Mit dessen Hilfe wird die Wärme nutzbar gemacht, um mittels Dampferzeugung eine konventionelle Turbine mit angekoppeltem Generator anzutreiben.

Durch die neue Entwicklung von faseroptischen Kabeln aus wirtschaftlichem Plastik gewinnt die Idee, Sonnenlicht ins Innere von Gebäuden zu bringen, neue Aktualität. Bei dem neuen Hybrid Lighting System, das von dem amerikanischen Unternehmen Sunlight Direct vermarktet wird, wird auf dem Dach eines Gebäudes ein Parabolspiegel aus Kunststoff von rund 120 cm Durchmesser aufgestellt. Gesteuert von einem kleinen Prozessor mit den GPS-Daten des Standorts und der Uhrzeit verfolgt der Spiegel die Sonne, deren Licht  auf einen kleineren Spiegel reflektiert wird, der wiederum die Strahlen bündelt und zu einem faseroptischen Empfänger in der Mitte des Spiegels schickt. Dort wird das Licht gefiltert: Durchgelassen werden nur die sichtbaren Bestandteile, während UV- und Infrarotlicht wegen der ungewünschten Wärme abgeblockt wird. Der Empfänger besteht aus einem Bündel aus 127 einzelnen Lichtleiter-Fasern, jeweils etwa 0,3 cm stark, die das Sonnenlicht in das Gebäude bringen. Zwei Fasern entsprechen dabei einer Glühbirne mit 50 W. Das Modell HLS 3010 hat bei voller Sonneneinstrahlung eine Leuchtleistung von 50.000 Lux, was ausreicht um eine Fläche von 90 m² zu auszuleuchten.

Da die Sonne nicht überall ganztägig scheint, werden die Lichtverhältnisse in den Räumen ununterbrochen von Beleuchtungssensoren überwacht. Sobald das Sonnenlicht nicht mehr genügt, wird es mittels konventionellem elektrischem Licht ergänzt. Mitte 2006 wird das System in einigen öffentlichen Gebäuden und in Unternehmen im ‚Sun-Belt’ der USA getestet, und da sich die Räume dank gefiltertem Sonnenlicht auch weniger aufheizen rechnet man mit zusätzlichen Einsparungen. Die Kosten sollen für institutionelle Kunden nach der Marktreife Anfang 2007 unter 10.000 $ liegen, ein System für Privatkunden wird für 2008 angepeilt.

Aufgrund der Plastiklichtleiter ist das HSL-System zwar günstig, doch das Material absorbiert so viel Licht, daß bei einer Strecke von 10 m Schluss ist. Als Lösung empfiehlt der deutsche Lichtleiterexperte Hans Poisel, der an der FH Nürnberg Europas erstes Anwendungszentrum für Polymere Optische Fasern leitet, bei langen und geraden Strecken die Hohlrohre mit verspiegelter Auskleidung einzusetzen, an denen er arbeitet.

Die japanische Firma La Foret Engineering bietet ein ähnliches System wie HSL an, allerdings mit echter und leistungsfähigerer Glasfaser, das deshalb auch wesentlich teurer ist.

Ein weiteres Unternehmen, das sich seit 2006 mit der Technologie beschäftigt, Sonnenlicht in Innenräume zu leiten, ist die Solatube International Inc. aus Vista, Kalifornien. Hier wird ein Konzept umgesetzt das dem Vorschlag entspricht, verspiegelte Hohlrohre einzusetzen.

Ein ganzes Dorf mit Heliostaten zu beleuchten wird erstmals im November 2006 in den italienischen Alpen umgesetzt.

Hierbei richtet ein sonnennachgeführter Spiegel aus einem 5 x 8 m großen Stahlblech, der auf einem nahen Berggipfel installiert ist, das Sonnenlicht auf den zentralen Marktplatz der 200-Personen-Ortschaft Viganella, nördlich von Turin in der Nähe der schweizer Grenze, um auch im Winter eine natürliche Helligkeit des ansonsten zwischen dem 11.11. und dem 02.02. eines jeden Jahres im Schatten liegenden Dorfes zu erreichen. Das Projekt kostet rund 100.000 € und wird von der Gemeindeverwaltung und einer Bank finanziert.

Bodensolarisation

Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem durch transparente Kunststoffabdeckungen eine Erhöhung der Bodentemperatur und damit auch die Vernichtung von Schädlingen erreicht wird.

Destillation

Ähnlich wie die Wasserentsalzung, auf die ich gesondert zu sprechen komme, besteht auch die Möglichkeit, Destillationsprozesse solar zu betreiben. Ein Beispiel dafür ist die Destillation von Duftölen mit Hilfe der Sonne, die Anfang der 1990er Jahre von einem deutsch-schweizerischen Ingenieurteam entwickelt wird, um sie in Entwicklungsländern einzusetzen.

Sterilisation

Auf der Hannovermesse 1992 wird ein 3.-Welt-tauglicher Dampfsterilisator vorgestellt, der mit Sonnenenergie betrieben mühelos die erforderlichen Temperaturen bis 140°C erreicht.

Sonnenkamin

Eine weitere Form thermischer Solaranlagen ist der Sonnenkamin. Dabei handelt es sich um eine Kombination des Gewächshauseffekts mit dem Kamineffekt. Unter einem Plastik- oder Glasdach erhitzt sich die Luft besonders stark. Anschließend wird sie durch konstruktive Elemente zur Mitte hin geleitet, wo ein hoher Kamin die heiße Luft nach oben saugt. An dieser Stelle ist eine horizontale Windturbine installiert, die durch den aufwärtsgerichteten Sog angetrieben wird.

Ich habe aus diesem Grund den Sonnenkamin dem Bereich der Windenergie zugeordnet – unter seinem anderen und möglicherweise sogar bekannteren Namen Aufwindkraftwerk (s.u. Augmentor-Systeme).

Hier folgt nun eine Übersicht der Nutzungsmöglichkeiten von Solarenergie im Hochtemperaturbereich.

Weiter...