Solarthermie: Was Sie über Solarthermieanlagen wissen müssen
Heizkosten einsparen? Das funktioniert mit Solarthermieanlagen!
Wir geben einen Überblick, wie sich Solarwärme zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung nutzen lässt.
1. Was bedeutet Solarthermie?
Unterschied zu Photovoltaik
Was ist eigentlich Solarthermie? Und wo liegt der Unterschied zu Photovoltaik? Immer wieder werden die verschiedenen Technologien der Energiegewinnung mittels Sonneneinstrahlung verwechselt. Dabei ist es eigentlich ganz einfach: Der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie liegt im Umgang mit der gewonnenen Solarenergie.
Beides sind technische Verfahren, um Energie aus dem Licht der Sonne zu gewinnen. Dies geschieht jedoch auf unterschiedliche Weise: Bei der Solarthermie wird die Energie zur Erwärmung von Brauchwasser und zur Unterstützung der Heizung genutzt. Photovoltaikanlagen wandeln die mittels Solarpanels aufgefangene Sonnenenergie hingegen in elektrischen Strom um, der sich dann entweder für den Gebrauch im Eigenheim nutzen lässt oder ins Stromnetz eingespeist werden kann.
Im Gegensatz dazu kommen bei der Solarthermie sogenannte Sonnenkollektoren zum Einsatz. Durch die Sonneneinstrahlung wird in dünnen Röhren eine Flüssigkeit erhitzt, die dafür sorgt, dass Dampf entsteht. Darüber wird die solare Wärme dann in einen entsprechend im Haus verbauten Speicher weitergeleitet und steht anschließend zur Nutzung bereit.
Der Bedarf entscheidet
Unter Solarenergie versteht man sowohl Wärme als auch elektrischen Strom.
Spricht man davon, dass die Energie zum Heizen genutzt werden soll, handelt es sich um Solarthermie. Soll die Solarenergie jedoch in Form von elektrischem Strom genutzt werden, so lässt sich diese am besten durch Photovoltaik gewinnen.
Wer die Sonne zur Unterstützung der Heizung und für die Warmwasseraufbereitung nutzen möchte, sollte beachten, dass für den Ertrag sowohl die Größe der Kollektoren, als auch ihre Ausrichtung und Neigung sowie die Art der Heizung eine entscheidende Rolle spielen.
Der Wirkungsgrad solarthermischer Anlagen ist jedoch insgesamt sehr hoch. Insgesamt wird deutlich weniger Platz benötigt. Ein Einsatz kommt also, im Gegensatz zu einer Photovoltaikanlage, auch bei kleineren Dachflächen in Frage.
Solarthermie produziert Wärme, Photovoltaik produziert Strom!
Wie funktioniert Solarthermie?
Die grundlegende Funktion einer Solarthermieanlage besteht in der Umwandlung von Sonnenenergie zu Wärme. Je nachdem wie groß die Solarthermieanlage ist, bzw. wie viel Fläche für die Kollektoren zur Verfügung steht, gibt es Unterschiede im Aufbau der Komplettanlage. Im Folgenden gehen wir näher auf den Aufbau und die Funktionen der verschiedenen Bestandteile ein.
Grundsätzlich lässt sich die Funktionsweise wie folgt zusammenfassen: Zunächst wird die Sonnenergie von Solarkollektoren, die auf dem Dach befestigt werden, aufgefangen. Die Sonnenstrahlen erhitzen dort das Trägermedium, das auch als Solarflüssigkeit bezeichnet wird. Die erwärmte Flüssigkeit fließt anschließend zu einem Wärmetauscher, der sie in thermische Energie umwandelt.
Kosten und Verbrauch
- Kosten für Solarthermie im Einfamilienhaus: durschnittlich 5.000 (Warmwasser) bzw. 10.000 Euro (Heizung und Warmwasser)
- Amortisation nach etwa 15 bis 20 Jahren
Wie daraus ersichtlich wird, sollte für die Kostenermittlung zunächst geklärt werden, ob mit der Sonnenenergie nur für Warmwasser gesorgt oder auch die Heizung unterstützt werden soll. Hinzu kommt der energetische Zustand des Gebäudes, der vorab von Fachleuten geprüft werden sollte.
Auch die Preise der unterschiedlichen Kollektorenarten unterscheiden sich: Für Flachkollektoren sollten etwa 300 Euro pro Quadratmeter Kollektorfläche einkalkuliert werden, bei Vakuumröhrenkollektoren erhöhen sich die Kosten auf 600 Euro pro Quadratmeter. Hinzu kommen sowohl Montagekosten als auch Kosten für weitere Bestandteile wie Speicher, Regeler, Pumpe und Solarthermieleitung.
Nutzungsart
Soll die Wärme nur für Trinkwasser oder auch zur Heizungsunterstützung genutzt werden? Bevor die Kosten kalkuliert werden können, sollte diese Frage geklärt werden.
Diese Faktoren spielen dabei eine Rolle:
- Anzahl der Personen im Haushalt
- Wärmedämmstandard des Hauses
- vorhandene Dachfläche und -ausrichtung
- Platzangebot für den Speicher
Für die Trinkwassererwärmung mit einer solarthermischen Anlage reichen bereits wenige Quadratmeter große Kollektorflächen. Im Sommer kann der Warmwasserbedarf meist komplett gedeckt werden, im Winter lässt sich das Wasser damit immerhin vorwärmen.
Wer eine kombinierte Solarthermie-Anlage bevorzugt, die zugleich das Trinkwasser erwärmt und die Heizungsanlage unterstützt, benötigt etwas mehr Platz. Sowohl die Kollektorfläche auf dem Dach als auch der Speicherplatz müssen größer ausfallen, damit die Sonnenwärme möglichst effizient genutzt werden kann. Auf diese Weise lassen sich bis zu 25 % des gesamten Energiebedarfs eines Wohngebäudes abdecken.
Förderungsmöglichkeiten
Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA)
Die vollständigen Fördervoraussetzungen finden Sie hier.
Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW)
Der Antrag sollte gestellt werden, bevor mit den Maßnahmen begonnen wird!
Viele Förderungen sind miteinander kombinierbar!
Wann amortisiert sich Solarthermie?
Neben den zuvor angesprochenen Installationskosten sind auch die Energiepreise entscheidende Faktoren bei der Betrachtung der Wirtschaftlichkeit. Je höher die Kosten für Erdgas, Öl oder andere Energieträger steigen, sind, desto schneller rechnet sich eine Solarthermieanlage. Durschnittlich erfolgt die Amortisation nach etwa 15 bis 20 Jahren. Dafür muss die Anlage jedoch entsprechend dimensioniert sein und zum tatsächlichen Energiebedarf passen. Auch der Einsatz weiterer Modernisierungsmaßnahmen kann sinnvoll sein und die Wirtschaftlichkeit einer Solarthermieanlage positiv beeinflussen.
Der Ertrag einer Solarthermieanlage ist die Wärmemenge, die von der Anlage produziert wird und tatsächlich genutzt werden kann. Er wird auch „solarer Ertrag“ oder „Solarertrag“ genannt und meist in Kilowattstunden pro Jahr (kWh/a) angegeben. Da die gelieferte Wärme nicht immer komplett genutzt werden kann, wird vor allem im Sommer deutlich mehr Wärme gesammelt, als im Haushalt benötigt wird: Der tatsächliche Ertrag einer Solarthermieanlage ist daher kleiner als die Menge der Wärme, die sie erzeugt.
Ein weiterer interessanter Kennwert ist der jährliche Kollektorertrag. Er gibt die Menge der Sonnenenergie an, die der Kollektor sammeln kann. Das ist einerseits abhängig vom Neigungswinkel und der Dachausrichtung, andererseits spielt auch der Wirkungsgrad und die thermische Isolierung der Solaranlage eine Rolle. Der Jahresertrag (kWh/m2 ) wird üblicherweise in Kilowattstunden (kWh) angegeben und auf einen Quadratmeter (m2) Kollektorfläche bezogen. Gut zu wissen: In Deutschland liegt die Sonneneinstrahlung zwischen 900 und 1.200 kWh/m2. Da mehr als 50% davon nicht direkt im Haus genutzt werden können, liegt der solare Ertrag etwa bei 300 bis 420 kWh/m2. Eine Solarthermieanlage kann somit einen solaren Deckungsgrad von bis zu 60 Prozent der Warmwasserbereitung und etwa 20 bis 30 Prozent für Heizung und Warmwasser erreichen.
Wie oft muss eine solarthermische Anlage gewartet werden?
Regelmäßige Wartungen sorgen für eine reibungslose Funktionsweise der solarthermischen Anlage. Damit diese konstant hohe Erträge liefert, sollte die Technik regelmäßig von Experten überprüft werden. Sie sorgen für optimale Einstellungen und tauschen Verschleißteile aus. So lässt sich die Lebenszeit der Anlage deutlich verlängern. Es empfiehlt sich, die Wartung an einer Solarthermieanlage etwa alle ein bis zwei Jahre durchführen zu lassen. Ohne eventuell anfallende Reperaturarbeiten werden durchschnittliche circa 100 bis 150 Euro berechnet. Wer bestimmte Teile der Wartung selbst übernimmt, kann Einsparungen vornehmen.
Wann muss man eine solarthermische Anlage austauschen?
Eine solarthermische Anlage sollte spätestens dann ausgetauscht werden, wenn ihre Leistung nachlässt. Ein erster Schritt wäre dann das Erneuern der Solarflüssigkeit. Die Haltbarkeit hängt von individuellen Faktoren ab. Allgemein lässt sich jedoch sagen, dass ein Austausch etwa alle vier bis sieben Jahre erfolgen sollte. Bei der jährlichen Wartung können Experten den Zustand beurteilen und ggf. Informationen über Frostschutz und pH-Wert geben. Sobald die eigentlich klare Flüssigkeit braun gefärbt ist oder eine zähflüssige Konsitenz annimmt, ist es ratsam, diese auszutauschen und die Anlage zu reinigen.
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wartungsarme, langlebige Technik
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höherer Wirkungsgrad als Photovoltaik
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öffentliche Förderungsmöglichkeiten
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einzige Wärmequelle in den Sommermonaten
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selbst im Winter Kosteneinsparung von bis zu 20 Prozent möglich
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hohe Anschaffungskosten
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Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung
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ungeeignet bei schattenreicher Lage bzw. Ausrichtung der Dachflächen
Solarthermie und Photovoltaik
- Photovoltaik-Anlage für den Strom im Haushalt
- Solarthermie für Brauchwasser-Erwärmung und Heizung
Solarthermie und Wärmepumpe
- Solarwärme füllt den Pufferspeicher und unterstützt die Wärmepumpe
Solange die Sonne scheint muss die Wärmepumpe weniger bis gar nicht arbeiten. Reicht die Solarenergie aus dem Pufferspeicher nicht aus, heizt die Wärmepumpe nach.
- Nutzung der Solarwärme um das Erdreich zu erwärmen
Die Solarthermie-Anlage steigert die Effizienz der Erdwärmepumpe. Überschüssige Solarwärme wird dabei über Erdkollektoren oder Sonden direkt in den Boden weitergeleitet. So verbraucht die Wärmepumpe deutlich weniger Energie
- Wärmepumpe nutzt den Pufferspeicher der Solarthermie-Anlage
Die Bedienung der Wärmepumpe erfolgt in diesem Fall nur durch den Solarspeicher und die Solarkollektoren. Auch bei wenig Sonnenenergie genügt das lauwarme Wasser für ein effizientes Arbeiten der Wärmepumpe.
Solarthermie steuern – auch im Smart Home
- Erhöhung des Komforts
- Reaktionsmöglichkeit auf kurzfristige Wetterumschwünge
- Berücksichtigung mehrerer Geräte
- Abschaltung von Geräten, falls diese zu viel Strom verbrauchen
Die Anlage ist geplant, die passenden Komponenten wurden ausgewählt und die Ausrüstung längst gekauft. Nun geht es darum, die Solarthermieanlage auf dem Dach anzubringen. Wer über gute handwerkliche Fähigkeiten verfügt, kann die Montage in Eigenregie durchführen. Eine ordnungsgemäße Installation ist wichtig, damit die Solarthermieanlage auch den gewünschten Ertrag liefert. Wir beantworten die wichtigsten Fragen. Wer sich die Montage selbst nicht zutraut, kann natürich auch einen Fachbetrieb beauftragen. Diese geben auch Tipps, welche Vorarbeiten eventuell im Vorfeld schon selbst geleistet werden können.
- Wie erfolgt die Ausrichtung der Kollektoren?
Zur Bereitstellung des größtmöglichen Ertrags, ist eine optimale Ausrichtung wünschenswert. Mit Kollektoren, die nach Süden ausgerichtet sind, kann bei Beachtung der entsprechenden Neigung das Optimum an Erträgen erwirtschaftet werden. Doch auch Süd-West oder Süd-Ost-Dächer sind gut geeignet: Eine Abweichung von 30 Prozent mindert den Ertrag der Anlage nur um etwa 5 Prozent. Von einer Montage auf Dächern mit Nordausrichtung wird aufgrund der geringen Effizienz eher abgeraten.
- Wie werden die Kollektoren montiert?
Bei der Montage kommt es zunächst auf die Dachart an. Auf einem Schrägdach werden die einzelnen Kollektoren in der Regel mit Hilfe von Dachhaken montiert, die unter den Dachziegeln direkt in den Dachsparren geschraubt werden. Wichtig ist hier einen ausreichend großen Abstand (min. 6 cm) zwischen Ziegeloberfläche und Kollektor einzuplanen. Montageschienen helfen anschließend bei der wetterfesten Befestigung der Kollektoren. Bei Flachdächern oder anderen Flächen mit nicht optimalen Neigungswinkeln, greift man auf eine entsprechende Unterkonstruktion ("Aufständerung") zurück. Dieses stabile Gerüst sorgt für den richtigen Winkel, um auch bei ungünstigen Flächen eine optimale Nutzung der Sonneneinstrahlung zu ermöglichen.
- Wie wird der Speicher montiert?
Hier gibt es vor allem eine wichtige Regel zu beachten: Je geringer die Entfernung von den Kollektoren zum Speicher, desto besser! Denn: Jeder weitere Meter erhöht den Wärmeverlust. Daher gilt auch: Die Rohrleitung für die Zuführung der Solarflüssigkeit von den Kollektoren zum Speicher sollte am besten innerhalb des Hauses statt entlang der Außenwand verlegt werden. Idealerweise funktioniert das z. B. über einen Schornstein, der nicht mehr genutzt wird. Zur Platzierung des Solarspeichers sollte ein tragfähiger Untergrund vorhanden sein, der auf den Platzbedarf und das Eigengewicht ausgelegt ist. Darüber hinaus ist sowohl ein Kaltwasser-Zulauf, als auch ein Anschluss an die Warmwasserleitung nötig. Soll die Solarthermieanlage der Heizungsunterstützung dienen, so bedarf es zusätzlich einer Verbindung zwischen Solarspeicher und Heizungskreis. Empfehlenswert ist dann eine Speichermontage in unmittelbarer Nähe zum Heizkessel.
Der trinkwasserseitige Anschluss bzw. die Anbindung der Nachheizung sollte zwingend von einem Fachmann durchgeführt werden, auch wenn die Montage der übrigen Anlage in Eigenregie erfolgt!
Bringt Solarthermie im Winter überhaupt einen Ertrag?
Solarthermie im Sommer: Was passiert mit dem Überschuss?
- Erhöhung der Speichertemperatur
- Solarpumpe nachts betreiben
- Einplanen eines zusätzlichen Wärmeverbrauchers
Kann man mit Solarthermie den Pool heizen?
- Der Pool wird an den Heizungskreislauf angeschlossen. Ein Wärmetauscher sorgt für den Energieaustausch zwischen dem warmen Heizungs- und dem kalten Poolwasser. Diese Lösung ist einfach zu bauen, dafür bekommt der Heizungskreislauf einen zusätzlichen Verbraucher.
- Alternativ können Sie einen separaten Kreislauf zwischen den Solarabsorbern der Anlage und dem Pool verlegen lassen. Eine eingebaute Steuerung entscheidet dann, ob der Wärmeträger in den Heizungs- oder in den Poolkreislauf fließt. Gerade im Sommer, wenn Ihre Solarthermie-Anlage ohnehin überschüssige Wärme produziert, ist diese Lösung vorteilhaft.