Energie: Solarthermie: Wie Sie die Kraft der Sonne nutzen

Einleitung

April 2024 Solarthermie liefert Wärme aus Sonnenenergie. Kann ich diese Energie für Warmwasser und die Heizung nutzen? Wie das genau funktioniert und für wen es sich lohnt, erklären wir hier.

Das Funktionsprinzip einer Solarthermie-Anlage ist auf den ersten Blick einfach erklärt: Lässt man einen dunklen Gartenschlauch lange in der prallen Sonne liegen, wird das Wasser darin sehr warm und diese Hitze eine Zeit lang gespeichert. Solarthermiekollektoren nutzen und verbessern genau diese Methode: Sie sind schwarz und ziehen die Sonne stark an. Sonnenstrahlen erwärmen den Kollektor und die darin enthaltene Solarflüssigkeit. Die bis zu 90 °C heiße Flüssigkeit zirkuliert in dem verbindenden Solarkreislauf zwischen Kollektor und Pufferspeicher.

Eine Solarthermie-Anlage kann Wärme für das Trink- und Duschwasser liefern oder die Heizung unterstützen. Egal ob Wärmepumpe, Pellet-, Gas- oder Ölheizung – Solarthermie kann mit praktisch jeder Heizung kombiniert werden. Die Anlagen sind so dimensioniert, dass sie im Sommer bei ausgeschalteter Heizung das benötigte warme Wasser, etwa zum Duschen, vollständig liefern können. In der Übergangszeit und im Winter wird das Wasser mit Solarthermie vorgewärmt und dann von der Heizung auf die gewünschte Temperatur gebracht. Wichtig: Solarthermie-Anlagen sind nicht zu verwechseln mit Photovoltaik-Anlagen, die mit Solarzellen elektrischen Strom aus Sonnenlicht erzeugen.

Warum sich Solarthermie lohnt nach oben

„Mit einer Solarthermie-Anlage kann wirtschaftlich jährlich bis zu 60 % des Warmwassers und bis zu 20 % der Heizwärme erzeugt werden“, weiß Sebastian Albert, Leitung Produkt und Service Management bei Vaillant Deutschland. Eine Solaranlage auf dem Dach lohnt sich für fast jedes Gebäude: Diese kann zwar stets nur einen Teil Ihres Wärmebedarfs decken, denn alleine zum Heizen reicht eine solche Anlage nicht aus. Aber Solarthermie kann immer eine sinnvolle Ergänzung für die bestehende Heizung sein. Das heißt, der Heizungskessel kann, wie schon erwähnt, in den Sommermonaten meist ausgeschaltet bleiben, was Energie spart.

Einfache Solarthermie-Anlagen dienen zur Trinkwassererwärmung. Je nach Größe der Anlage und Höhe des Warmwasserverbrauchs können Sie mit so einer Anlage rund die Hälfte der für Warmwasser benötigten Energie aus Sonnenkraft erzeugen. Bei einem System mit solarer Heizungsunterstützung wird die Solarwärme zusätzlich zum Heizen genutzt. Je nach Größe der Kollektoren, Höhe des Heizenergieverbrauchs und der Temperatur der Heizkörper kann solch eine Solaranlage bis etwa ein Drittel der Heizwärme abdecken. Wie viel Energiekosten Sie letztendlich durch die Anlage sparen können, hängt von den individuellen Rahmenbedingungen ab, wie den Energiepreisen, der Verbrauchssituation, den Gebäudeeigenschaften und der Haustechnik. Die Betriebskosten der Anlage entstehen durch eine regelmäßige Wartung und Kontrolle, wobei unter anderem das Frostschutzmittel geprüft wird. Ferner fallen Kosten für den Pumpenstrom an, Rücklagen für kleinere Reparaturen und eventuell ein höherer Beitrag für die Gebäudeversicherung.

Zudem steigert eine Solarthermieanlage den Wert der Immobilie. Obwohl die anfänglichen Kosten für die Installation hoch sein können, schützt die einmalige Investition in die Zukunft vor steigenden Energiepreisen und macht Sie unabhängiger von fossilen Brennstoffen. Aus ökologischer Sicht lohnt sich eine Solarthermie-Anlage in jedem Fall. Solarthermie ist eine saubere und erneuerbare Energiequelle, die den CO₂-Ausstoß reduziert.

Wann sich das Dach eignet nach oben

Dachkollektoren können auf der bestehenden Eindeckung (Aufdachmontage) oder in die Dachhaut integriert werden (Indachmontage). Auch Flachdächer, die Fassade oder das Garagendach eignen sich als Standort. Auf Flachdächern lassen sich die Kollektoren beispielsweise mittels einer Aufständerung installieren. Wichtig: Die Montagefläche darf nicht im Schatten oder Halbschatten liegen. Allerdings muss die Dachfläche nicht unbedingt direkt gen Süden ausgerichtet sein. Die Kollektoren liefern auch ausreichend Wärme, wenn sie mit Ost- oder Westausrichtung installiert werden. Für die Warmwasserbereitung empfiehlt sich ein Neigungswinkel zwischen 30 und 50 Grad, um die hoch stehende Sonne im Sommer gut auszunutzen. Bei einer Heizungsunterstützung ist dagegen eine Neigung von 45 bis 70 Grad ideal, um die tiefer stehende Sonne im Frühjahr und Herbst einzufangen. Eine abweichende Neigung lässt sich unter Umständen mit einer größeren Kollektorfläche ausgleichen. Neigungen unter 15 Grad eignen sich in der Regel nicht.

Woraus bestehen Solarthermie-Anlagen? nach oben

Eine solarthermische Anlage besteht aus Solarkollektoren auf dem Dach, einem sehr gut gedämmten Warmwasserspeicher, den Verbindungsrohren und einer so genannten Solarstation. Die einzelnen Komponenten müssen gut aufeinander abgestimmt sein. Solarkollektoren bilden dabei den sichtbarsten Teil der Solarthermie-Anlage. Bei der Planung einer wassergeführten Solaranlage haben Sie die Wahl zwischen Flachkollektoren und Vakuum-Röhrenkollektoren.

Flachkollektoren: In einem rechteckigen Gehäuse befinden sich verschlungene Rohre, die eine Solarflüssigkeit enthalten. Über den Rohren liegt ein beschichtetes Absorberblech, das die Sonnenenergie gut aufnehmen kann. Die Oberfläche ist so konstruiert und beschichtet, dass ein Maximum der Sonneneinstrahlung und der entsprechenden Energie absorbiert werden kann. Das Blech ist von oben durch ein besonders bruchfestes Glas geschützt. Wenn Sonnenlicht darauf trifft, entsteht Wärme. Diese erhitzt die Solarflüssigkeit in den Rohren.

Vakuum-Röhrenkollektoren bestehen aus einzelnen Glasröhren. Sie erzielen die höchsten Solarerträge. Durch ihre besondere Konstruktion können sie auch seitlich einfallende Sonnenstrahlen perfekt in Wärme umwandeln. Deswegen eignen sie sich besonders gut für Dachausrichtungen, die nicht perfekt in Richtung Süden zeigen. Sie nutzen die Wärmedämmung des Vakuums. Die Herstellung von Röhrenkollektoren ist aufwendiger und daher auch teurer.

Für welchen Kollektor-Typ Sie sich letztendlich entscheiden, hängt auch davon ab, wie viel Sie investieren möchten. Ebenso spielen die Gegebenheiten Ihres Hauses eine Rolle: Steht nur eine sehr kleine Dachfläche zur Verfügung, lohnt sich wahrscheinlich der effektivere Typ. Ist die Sonneneinstrahlung auf dem Dach eher gering, empfiehlt es sich, eine größere Fläche mit einfacheren Kollektoren zu bestücken. Das kann ein Fachbetrieb genau beurteilen.

Da der Wärmebedarf in einem Haushalt zeitlich meistens nicht mit dem Sonnenertrag übereinstimmt, muss die Wärme über mehrere Tage in einem Warmwasserspeicher aufbewahrt werden können – dieser sollte zwei bis zweieinhalb Tage des Wassergebrauchs des Haushalts fassen. Hier wird die in den Kollektoren vom Absorber gewonnene Wärme über einen Wärmetauscher auf das Trinkwasser übertragen. Größe und Art des Speichers hängen davon ab, ob nur das Trink- oder auch das Heizwasser erwärmt werden soll: Ein 300-Liter-Speicher ist bei einer Warmwasseranlage für einen Vier-Personen-Haushalt Standard. Soll die Sonne auch die Heizung unterstützen, braucht man zusätzlich einen Pufferspeicher, in dem das Heizungswasser erwärmt wird oder einen sogenannten Kombispeicher, der Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung vereint.

Wie groß der Wärmespeicher dimensioniert sei sollte, klären Sie am besten mit den entsprechenden Fachleuten. Ein zu kleiner Speicher kann beispielsweise an sonnigen Tagen nicht den gewünschten Ertrag einfahren und lässt Sonnenenergie ungenutzt. Bei einem zu großen Tank erreichen Sie hingegen den gewünschten Ertrag nur selten.

Übrigens: Ein Speicher, der nicht durchs Treppenhaus oder die Kellertür passt, zählt zu den Klassikern der häufigsten Fehler bei der Planung von Solarthermie. Das kann passieren, wenn nicht auf die Kippmaße des Speichers geachtet wird.

Die zentrale Steuerungseinheit einer Solarthermieanlage wird als Solarregler bezeichnet. Dieser bestimmt, wann die Solarpumpe anspringt, die die Solarflüssigkeit von den Kollektoren zum Speicher und wieder zurück transportiert. Ist die Temperatur im Kollektor höher als im Speicher, wird die Pumpe durch den Solarregler eingeschaltet. Die Solarflüssigkeit transportiert die Wärme in den Speicher.

Wie groß muss eine Anlage sein? nach oben

Welchen Ertrag eine solarthermische Anlage und Heizung erzielt, hängt von der Größe der Kollektoren, ihrer Ausrichtung, ihrer Neigung sowie der Art der Heizung ab. Ein wichtiger Punkt ist, ob die Anlage nur Wasser erwärmen oder auch die Heizung unterstützen soll und wie viele Personen im Haushalt wohnen. „Wie die Solarheizung dimensioniert ist, hängt neben diesen Faktoren maßgeblich von Ihrer Haushaltsgröße ab“, erklärt Maximilian Schmidt von der Firma Wolf. „Im Schnitt können Sie mit 1 bis 1,5 m² Flachkollektorfläche pro Person und Haushalt nur für die Warmwasserunterstützung rechnen. Bei einer Heizungsunterstützung haben Sie deutlich mehr Platzbedarf, etwa 2,5 m² pro Person. Generell brauchen Sie für die Heizungsunterstützung über Solarthermie mehr Kollektorfläche, im Schnitt 7 bis 15 m². Bei der ausschließlichen Warmwasserunterstützung können Sie schon mit 3 bis 5 m² auskommen.“ Sämtliche Punkte und Fragen lassen sich in einem ausführlichen Beratungsgespräch mit einem Fachbetrieb klären. Im Anschluss daran wird die wirtschaftlichste Größe für die Solarthermie-Anlage berechnet.

Hilfe bei der Planung und Installation nach oben

Wenn Sie genauer wissen möchten, ob eine solarthermische Anlage für Ihr Gebäude sinnvoll ist oder mit welchem Heizsystem Sie die Anlage kombinieren können, kann eine Energieberaterin oder ein Energieberater der Verbraucherzentralen helfen. Beratungen in den Beratungsstellen, per Video, telefonisch oder online sind kostenfrei. Eine eventuell erforderliche Beratung bei Ihnen zu Hause kostet 30 Euro.

Möchten Sie eine Anlage installieren, übernimmt ein qualifiziertes Handwerksunternehmen die genaue Planung und Montage. Die Planung sollte eine Simulation beinhalten, wie viel Wärme die Solarthermie-Anlage bereitstellen kann und wie stark sie damit Ihren Wärmebedarf deckt. Eine Baugenehmigung ist für die Installation einer solarthermischen Anlage nur in Ausnahmefällen nötig. Der Bundesverband Solarwirtschaft (www.solarwirtschaft.de) und der Zentralverband Sanitär Heizung Klima (www.wasserwaermeluft.de) bieten auf ihrer jeweiligen Homepage eine Suche in ihren Mitgliederdatenbanken an.