Mit Solar wird die Klimaanlage umweltfreundlich – möglich mit Solardachziegeln, wie hier auf einem Haus in Waldshut-Tiengen. (Foto: Creaton)
Das Jahr 2024 hat es gezeigt: Extremwetterlagen und lange Hitzeperioden nehmen auch hierzulande zu. Der Klimawandel ist nicht mehr aufzuhalten. Neben der Frage der Heizung ist auch eine effektive Kühlung der eigenen vier Wände ein großes Thema für Wohneigentümer:innen und Mieter:innen. Neben den Kosten spielen dabei Umweltfragen eine Rolle. Solar-Klimaanlagen sind eine mögliche Antwort darauf.
Solar und Klimaanlage: Das Wichtigste kurz gefasst
- Auch in Deutschland macht der Klimawandel die Innenraumklimatisierung zum heißen Thema.
- Moderne Klimaanlagen sorgen für kühle Raumluft und kommen dabei überwiegend ohne klimaschädliche Kühlmittel aus.
- Klimaanlagen mit Solar beziehen ihren Antriebsstrom aus erneuerbaren Energien wie Photovoltaik und sind daher besonders umweltfreundlich.
- Solarthermie und Klimaanlagen lassen sich ebenfalls kombinieren und effizient nutzen.
- Statt neu zu installierender Solar-Klimaanlagen können auch die meisten Wärmepumpen zur Kühlung genutzt werden.
Immer mehr Sonnenstunden in Deutschland
In den vergangenen Jahren zeigte uns die Wetterstatistik einen Superlativ nach dem anderen: zu heiß, zu trocken oder zu feucht. Keine Frage: Unser Klima verändert sich bereits jetzt. Und während immer mehr Sonnenstunden für Besitzer:innen von PV-Anlagen, Dächern mit Solardachziegeln und Balkonkraftwerken gute Nachrichten sind, stöhnen viele über die immer unerträglicher werdende Hitze in den Innenräumen. Hitze ist auch ein gesundheitliches Problem: Sie senkt die Produktivität und erhöht das Risiko für Herzkreislauferkrankungen. Das Robert-Koch-Institut schätzt bis zur Kalenderwoche 35/2024 rund 2.500 Hitzetote für dieses Jahr – und diese Zahl ist noch nicht vollständig. Besonders Ältere und Geschwächte vertragen die Hitze nur schlecht, und die Prognosen lassen weitere Hitzeperioden erwarten.
Wer Solarstrom erzeugt, wünscht sich einen möglichst hohen Eigenverbrauch, denn die staatliche Einspeisevergütung sinkt immer weiter und ist im Vergleich zum Selbstverbrauch nur ein Taschengeld. Leider wird der meiste Sonnenstrom dann produziert, wenn viele außer Haus sind und wenig Strom verbrauchen: in den Mittagsstunden. Neben Speichermöglichkeiten sind Klimaanlagen mit Solar eine gute Möglichkeit, den selbst produzierten Strom zu verbrauchen und die Wohnräume bei Bedarf tagsüber zu kühlen. Tatsächlich sind Solar und Klimaanlage ein richtig gutes Team, denn eine solar betriebene Klimaanlage läuft emissionsfrei und befeuert somit den Klimawandel nicht weiter. Solar-Klimaanlagen in der Wohnung können künftige Hitzesommer um einiges erträglicher machen.
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Prinzipien für die Kühlung mit Solar-Klimaanlagen
Verwenden sie ozonschädliche Kältemittel und verbrauchen sie zu viel Strom, können Klimaanlagen der Umwelt schaden. Allerdings lassen sich auch Klimaanlagen umweltschonend betreiben – mit Strom aus erneuerbaren Energien und klimafreundlichen Kühlmitteln.
Eine Klimaanlage mit Solar zu betreiben, ist nach drei Prinzipien möglich:
- Photovoltaik und Klimaanlage: Solarstrom aus einer PV-Lösung kann natürlich auch eine Klimaanlage betreiben. Vorausgesetzt, die Anlage deckt den Strombedarf der Klimaanlage. Ähnlich wie bei einer Wärmepumpe erzeugt ein strombetriebener Kompressor einen Kreislauf, bei dem warme Raumluft abgekühlt und in den Raum zurückgeführt wird (= Kompressionskältemaschine). Um so auch nachts zu kühlen, ist ein Batteriespeicher sinnvoll.
- Solarthermie und Klimaanlage: Bei dieser Kombination erhitzt die Sonnenwärme das in der Klimaanlage enthaltene Kältemittel je nach System über Absorption oder Adsorption.
- Kombinierte Systeme: Wer sowohl Photovoltaik als auch Solarthermie nutzt, kann mit Hybridkollektoren besonders effizient kühlen. Solarwärme und -strom in Kombination machen die Klimaanlage noch umweltfreundlicher, weil das im Sommer weniger benötigte Warmwasser der Raumkühlung dienen kann.
Kombiniert man Photovoltaik und Wärmepumpe, sind Wohnräume nicht nur heizbar, sondern lassen sich damit auch kühlen. Mit Solarstrom aus einer Photovoltaikanlage ist der Betrieb kostengünstig und umweltfreundlich.
Gut zu wissen: Solaranlage: Sie kann beides produzieren – Wärme und Strom
Ein Deckenventilator verteilt die kühle Luft aus dem Klimagerät an der Wand für ein angenehmes Schlafklima. (Foto: peterweidemann, Pixabay)
Kühlen mit Photovoltaik
Warum nicht einfach eine Klimaanlage solarbetrieben nutzen? Leider funktioniert das (noch) nicht direkt. Eine Klimaanlage mit Solar zu betreiben ist zwar möglich, aber nur in Kombination mit PV-Lösungen (Solarstrom) oder Warmwasser (Solarthermie). Beide Systeme sind für verschiedene Arten handelsüblicher Klimaanlagen einsetzbar und senken so deren Betriebskosten und CO2-Fußabdruck.
Arten von Klimaanlagen
- Zentrale Klimaanlagen: Ein zentrales Kühlgerät kühlt ganze Gebäude oder große Wohnräume, indem kalte Luft über ein Netzwerk von Kanälen in verschiedene Räume geleitet wird. Durch die gleichmäßige Kühlung sind sie energieeffizient, erfordern jedoch umfangreiche Installationen, besonders im Bestandsbau.
- Mobile Klimageräte: Die tragbaren, rollbaren Geräte ohne feste Installation können leicht in Räume mit Kühlbedarf bewegt werden. Sie ziehen warme Luft an, kühlen sie und geben gekühlte Luft wieder ab. Die entstehende Abluft wird meist über einen Schlauch nach außen (zum Beispiel durch ein Fenster) geführt. Sie sind nicht besonders leistungsfähig und oft laut.
- Fenster-Klimaanlagen: Diese speziell für die Installation in Fenstern konzipierten Modelle kombinieren Innen- und Außengerät. Sie sind eine kostengünstige Option für die Kühlung kleiner bis mittelgroßer Räume, benötigen jedoch eine geeignete Fensteröffnung.
- Split-Klimaanlagen: Hier wird das Innengerät in dem zu kühlenden Raum installiert, das Außengerät führt die Wärme außen ab. Neben dem Effizienzvorteil gegenüber mobilen Klimalösungen kühlen Splitanlagen auch besser. Man unterscheidet zwei Ausführungen.
Bei Monosplit- oder Singlesplit-Klimaanlagen wird das Kältemittel in der Außeneinheit verdichtet sowie verflüssigt, in der Inneneinheit entspannt und verdampft. Dabei entzieht das System den Innenräumen Wärme. Diese für kleine Räume geeigneten Anlagen lassen sich platzsparend sowie unauffällig installieren.
Multisplit-Klimaanlagen versorgen gleich mehrere Räume mit Kühlung. Die Außeneinheit muss entsprechend der gewünschten Kühlleistung dimensioniert sein.
Energiemanager für die optimale Steuerung der Kühlung
PV-Lösungen rechnen sich derzeit am schnellsten, wenn man möglichst viel Solarstrom selbst verbraucht. Wer seine Klimaanlage mit Solar betreiben will, kommt um intelligente Energiemanagementsysteme wie Solar Assistants kaum herum. Diese stimmen Kühlbedarf und Stromverbrauch zeitlich aufeinander ab. Ferner kann so auch nachts oder bei geringem Solarstromertrag Energie aus vorhandenen Energiespeichern oder thermischen Speichern optimal genutzt werden.
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Kühlen mit Solarthermie
Solarthermieanlagen erzeugen per Sonnenenergie Warmwasser zum Duschen, Baden und Heizen. Im an Sonnenstunden reichen Sommer lässt sich damit besonders viel Warmwasser erzeugen – nur leider wird es genau dann am wenigsten gebraucht. Die folgenden beiden Klimaanlagensysteme können allerdings mit Warmwasser Wohnräume kühlen und machen so die Solarthermieanlage auch im Sommer effizient.
Geschlossenes System mit Sorptionstechnik
Unter Sorption werden die Begriffe Adsorption und Absorption zusammengefasst.
Das Prinzip der Adsorption macht sich die Eigenschaft aktiv wasseranziehender Materialien wie Kristalle oder Flüssigkeiten zunutze, an ihrer Oberfläche Wasserdampf zu binden. Bei der Absorption handelt es sich um die Aufnahme einer Substanz in die Masse eines Feststoffes oder einer Flüssigkeit.
(Ad)sorptionskältemaschinen arbeiten mit dem Prinzip der Adsorption (Flüssigkeitsbindung) und Verdampfung sowie Desorption (Flüssigkeitsfreisetzung) und Kondensation (Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand). In dem geschlossenen System findet ein Kreislauf statt, in dem das zirkulierende Kältemittel mit der Ad- bzw. Desorption seinen Aggregatzustand ändert.
Ihre Funktionsweise:
- Das Kältemittel wird durch zugeführte Wärme im Verdampfer bzw. Kondensator erhitzt und verdampft.
- Ein Sorptionsmittel (oft Silikagel oder Aktivkohle) adsorbiert das verdampfte Kältemittel; es bleibt an dessen Oberfläche haften.
- Dem Sorptionsmittel zugeführte Wärme sorgt für die Desorption des Kältemittels. Es löst sich im gasförmigen Zustand vom Sorptionsmittel.
- Das gasförmige Kältemittel gelangt in den Verdampfer, wo es kondensiert.
- Die Temperatur im Sorptionsmittel wird gesenkt.
Adsorptionskältemaschinen können mit Heizsystemen kombiniert werden und im Rahmen der Kälte-Wärme-Kopplung oder Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) die Energieeffizienz steigern. Die Abwärme aus dem Heizprozess kann im Sommer Wohnräume kühlen, wodurch die Solarenergie ganzjährig optimal genutzt werden kann – mit positiven Auswirkungen auf Gesamtenergieverbrauch und -betriebskosten. Damit die Integration von Heizung und Klimaanlage funktioniert, bedarf es einiger Planung.
Vorteile
- Energieeffizienz: Sie können Abwärme oder Solarenergie nutzen.
- Umweltfreundlichkeit: Sie arbeiten ohne klimaschädliche Kältemittel.
- Geräuscharmut: Es findet keine Kompression statt.
- Wartungsarmut: Es gibt kaum bewegliche Teile.
Nachteile
- Preis: Sie sind vergleichsweise teuer in der Anschaffung.
- Kühlleistung: Sie ist geringer als jene von herkömmlichen Kältemaschinen.
- Aufwand: Für den effizienten Betrieb benötigen sie eine Wärmequelle mit einer Mindesttemperatur.
- Ausmaß: Die Anlagen sind recht groß.
Offenes System zur Kühlung über die Luft
Sorptionsklimaanlagen verwenden die Umgebungsluft als Kältemittel.
Ihre Funktionsweise:
- Feuchte, warme Luft wird von außen angesaugt.
- Im Entfeuchter entzieht der mit einem feuchtigkeitsabsorbierenden Mittel beschichtete Sorptionsrotor der Luft die Feuchtigkeit.
- Im Wärmeübertrager wird die Luft gekühlt und anschließend wieder befeuchtet.
- Durch die Verdunstungskälte der feuchtkalten Luft wird der Raum gekühlt.
- Der Sorptionsrotor wird getrocknet, zum Beispiel mit solarthermischer Wärme.
So ein offenes System ist weniger effektiv als die geschlossene Sorption. Man kann sie aber ebenfalls in Heizsysteme wie Wärmepumpen integrieren.
Vorteile
- Energieeffizienz: Wie Sorptionskältemaschinen lassen sie sich neben der Umgebungswärme oder Solarthermie auch mit Abwärme effizient betreiben.
- Umweltfreundlichkeit: Die Kombination aus natürlichen Kältemitteln und erneuerbaren Energiequellen verringert die Umweltbelastung.
- Kompakte Bauweise: Offene Systeme kommen ohne große Kältemittelbehälter aus und sind daher kompakt.
- Flexible Anwendung: Die Anlagen können zur Kühlung und zur Heizung eingesetzt werden.
Nachteile
- Anschaffungskosten: Die Anschaffungskosten liegen über denen konventioneller Kühlsysteme.
- Wetterabhängigkeit: Die Leistung hängt von den Umgebungsbedingungen ab.
- Komplexität: Die Systemintegration erfordert oft Fachwissen für Installation und Wartung.
- Luftqualität: Schlechte Außenluft muss durch Filter gereinigt werden.
Kühlen mit der Wärmepumpe
Das Prinzip der Wärmepumpe lässt sich ebenso gut zur Kühlung wie zum Heizen nutzen, wenn die Wärmetauschfunktion des Geräts umkehrbar (reversibel) ist. Man unterscheidet zwischen „Active Cooling“, bei dem Strom zugeführt wird, und „Passive Cooling“ unter Nutzung der niedrigeren Umgebungstemperatur. Allerdings ist die Kühlung über normale Heizkörper nicht möglich. Außerdem fällt der Kühleffekt bei Fußbodenheizungen nicht besonders groß aus (bis zu 3 Grad weniger sind möglich), da warme Luft nach oben steigt und die Kaltluft in Fußbodennähe die Wärmeaufnahme des Heizwassers behindert. Auch muss die Fußbodenheizung richtig eingestellt sein, damit sich kein Kondenswasser bildet und der Boden feucht wird. Dafür ist das Kühlen mittels Wärmepumpe ein kostengünstiges und energieeffizientes System, das keine weiteren Einbauten benötigt.
Viele Wärmepumpen können sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen genutzt werden. Der Vorteil: Es muss keine zusätzliche Klimaanlage installiert werden. (Foto: HarmvdB via Pixabay)
Geeignete Wärmepumpen
- Luft-Wasser-Wärmepumpen entziehen der Außenluft Wärme. Sie können umgekehrt auch Wärme ins Freie abgeben und so kühlen. In Kombination mit Gebläsekonvektoren ergibt sich eine sehr effektive Kühlung, bei der die Innenluft zudem entfeuchtet wird.
- Erdwärmepumpen (Geothermie) nutzen die konstante Temperatur des Erdreichs. Was im Winter der Heizungsunterstützung dient, hält im Sommer die Räume kühl.
- Wasser-Wasser-Wärmepumpen können Wärme entziehen oder abgeben, indem sie sich der Temperaturen von Grundwasser oder Oberflächenwasser bedienen.
Das Kühlen mittels Wärmepumpe erfordert ein 4-Wege-Ventil und ein zweites Expansionsventil, um die Fließrichtung der Wärmepumpe umzukehren.
Ungeeignete Wärmepumpen
- Luft-Luft-Wärmepumpen: Die primär für Innenräume konzipierten Geräte verfügen selten über eine Kühlfunktion, die zudem nicht sonderlich effizient ist.
- Ältere Wärmepumpen: Ihnen fehlt fast immer die Möglichkeit, die Fließrichtung umzukehren.
- Reine Heizgeräte: Als reine Heizsysteme konzipierte Wärmepumpen können nicht zur Kühlung verwendet werden.
Wärmepumpen haben an sich schon eine hervorragende Energieeffizienz, die durch den Betrieb mit Solarstrom von der eigenen PV-Anlage noch verbessert wird.
Klimaanlage mit Solar: Antworten auf weitere Fragen
Lässt sich eine Wohnmobil-Klimaanlage mit Solar betreiben?
Eine Solar-Klimaanlage im Wohnmobil sorgt auch bei Hitze für angenehme Innentemperaturen. Zu beachten ist, dass die Größe des Solarsystems auf den Stromverbrauch der Klimaanlage abgestimmt sein muss und ein Wechselrichter nötig ist, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Um auch nachts die Solar-Klimaanlage im Wohnwagen nutzen zu können, ist ein Batteriespeicher sinnvoll. Solar-Klimaanlagen fürs Camping lassen sich einfach nachrüsten.
Gibt es Solar-Klimaanlagen fürs Auto?
Die Klimaanlage im Auto frisst einiges an Strom. Das geht zulasten der Batterie und erhöht den Treibstoffverbrauch. Wird die Klimaanlage mit einem Solarpanel betrieben, schont das die Batterie. Die Solar-Klimatisierung übernehmen dann solarbetriebene Ventilatoren, die so an den Autofenstern angebracht sind, dass die Luft bestmöglich zirkulieren kann. Auch mobile Klimageräte mit Solarbetrieb gibt es.
Kann ich eine Klimaanlage mit Solar-Balkonkraftwerk in der Wohnung nutzen?
Eine Klimaanlage mit dem Balkonkraftwerk zu betreiben, ist ohne Weiteres möglich. Tatsächlich wird das Balkonkraftwerk durch die Klimaanlage im Sommer besonders effizient, wenn viel Strom erzeugt wird, der sonst als Überschuss ins Netz eingespeist werden müsste. Für die Solar-Klimaanlage auf dem Balkon muss nur ausreichend Leistung installiert sein.
Was kann Photovoltaik mit Klimaanlage kosten?
Die Kosten für eine PV-Anlage hängen von Art und Größe der Anlage, Leistung und vorhandener Förderung ab. Bei einem Einfamilienhaus kommen zwischen 6.000 und 18.000 Euro zusammen. Optimalerweise wird die Solar-Klimaanlage fürs Haus gleich mitgeplant. Das reduziert die Installationskosten und sorgt außerdem für eine verbrauchsoptimierte Anlagenleistung. Mit Verdunstungskälte arbeitende mobile Solar-Klimaanlagen sind schon für 200 bis 1.000 Euro zu haben. Günstige Geräte haben jedoch nur eine begrenzte Reichweite. Teurer, aber effektiver sind Split-Klimaanlagen.
Sind Klimaanlagen Stromfresser und schlecht für die Umwelt?
In der Tat verbrauchen Klimaanlagen viel Strom. Ihren schlechten Ruf verdanken sie auch umweltschädlichen Kühlmitteln, die früher oft zum Einsatz kamen. Mittlerweile gibt es aber auch klimafreundliche Systeme. Nutzt die Klimaanlage Solarenergie, die darüber hinaus für die Nacht in einem Batteriespeicher vorgehalten wird, verbraucht sie nur nachhaltig produzierten Strom. Zudem läuft eine Solar-Klimaanlage emissionsfrei.
