Solarthermie

Wie funktioniert Solarthermie?

Ein thermischer Solarkollektor nimmt die von der Sonne kostenlos zur Verfügung gestellte Lichtleistung auf und wandelt diese in Wärme um (Energieumwandlungsanlage). Die gewonnene Energie wird als Nutzleistung für die Warmwassererwärmung oder zur Heizungsunterstützung bereitgestellt. Die Leistungsaufnahme erfolgt am sogenannten Solarabsorber, einer dunklen, beschichteten Oberfläche, die möglichst viel Energie aufnimmt und nur einen geringen Teil davon als Wärmestrahlung wieder abgibt. Die lichtdurchlässige Solarverglasung schützt das Innere der Kollektoren vor Regen und anderen schädlichen Einflüssen und verringert gleichzeitig die Wärmeaabstrahlung nach oben. Als Wärmeisolation wird je nach Bauart entweder Minderalwolle oder Vakuum verwendet. Dies verringert die thermischen Wärmeverluste des Kollektors an die Umgebungsluft, um möglichst viel der kostenlos zur Verfügung stehenden Energie an das System abgeben zu können. Aus diesen Faktoren kann der Kollektorwirkungsgrad und somit die Leistung des Solarkollektors ermittet werden. Die Abbildung "Energiegewinnung im Sonnenkollektor durch Umwandlung der Sonnenstrahlen in nutzbare Wärme" (siehe unten) zeigt die verschiedenen Abläufe und Prozesse am und im Kollektor.

Je senkrechter die Sonne auf die Kollektoren scheint, desto höher ist der Ertrag.
Da die Sonne je nach Tages- und Jahreszeit in unterschiedlichem Winkel und auch mit unterschiedlicher Stärke auf die Solarkollektoren scheint, ist die Strahlungsleistung, die auf den Kollektor trifft, nicht immer gleich. Auch aufgrund verschiedener Witterungsfaktoren wie Wolken, Nebel oder Wind ist die tatsächliche Kollektorleistung sehr unterschiedlich. All diese Umstände sollten bei der Planung der Solarthermieanlage berücksichtigt werden, beispielsweise durch Optimierung des Sonneneinstrahlungswinkels auf die Kollektoren durch geeignete Aufständerungen, was gerade speziell für Anlagen zur Heizungsunterstützung zu den Übergangszeiten sehr wichtig ist, da hier der Tag noch viel Sonnenstunden hat und die Nächte kalt sein können.

Wie kommt die Wärme von der Solarthermieanlage in das Heizungssystem?

Die im Solarkollektor gewonnene Energie wird durch Wärmeübertragung an das Rohrsystem bzw. auf die Solarflüssigkeit in den Sammelrohren übertragen. Nun wird die Solarkreispumpe eingeschaltet, so dass die Solarflüssigkeit zirkuliert und die Wärme vom Dach zum Speicher transportiert werden kann. Die Energie wird über die Austauschflächen der Wärmetauscher in Warmwasser- oder Pufferspeichern auf das dortige Speichermedium (in der Regel Wasser) übertragen. Dort steht die Wärme für das Heizungssystem oder die Warmwasserverbraucher zum Abruf bereit. Für die Anbindung der Speichertechnik in das Heizungssystem gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispiele hierzu finden Sie in unseren Hydraulikvarianten.
Im folgenden Video mit Hydraulikanimation wird das Prinzip nochmals veranschaulicht dargestellt.

Wie groß sollte eine Solarthermieanlage dimensioniert werden?

Bei der Bestimmung der Größe bzw. Kollektorfläche einer Solarthermieanlage sind der Einsatzzweck, die Gebäudebeschaffenheit (Ausrichtung, Dachneigung, etc.), sowie auch der Standort der Anlage ausschlaggebend. Eine Solarthermieanlage, die ausschließlich der Warmwasserbereitung dient, benötigt nur eine sehr kleine Kollektorfläche, in der Regel sind dies 2 - 3 Kollektoren. Solarthermieanlagen, die auch die Heizungsanlage zur Heizungsunterstützung versorgen, sollten so ausgelegt werden, dass sie vorzugsweise in den Übergangsmonaten von September bis November und Februar bis April an einem sonnigen Tag die Heizlast zumindest tagsüber und evtl. noch in den frühen Abendstunden decken können. Hier sind unter Umständen zusätzliche Maßnahmen zur Optimierung des Kollektorneigungswinkels erforderlich, so dass die Solarkollektoren eine optimale Energieausbeute erzielen können. Nutzen Sie unsere Planungshilfe für Solaranlagen, um eine überschlägige Berechnung der Kollektorfläche zu erhalten.

Photovoltaikanlagen (PV) und Solarthermieanlagen - was ist der Unterschied?

In öffentlichen Medien wird gerade zum Thema "Energiewende" häufig über Solaranlagen berichtet. Leider wird hier oft nicht ausreichend unterschieden zwischen Photovoltaikanlagen und Solarthermieanlagen - denn beide sind unter dem Sammelbegriff Solaranlagen enthalten, haben aber vollkommen unterschiedliche Bauweisen und Einsatzzwecke. Solarthermieanlagen dienen wie oben geschildert hauptsächlich der Wärmeerzeugung, wohingegen Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Ein PV-Modul besteht meist aus mehreren einzelnen Solarzellen. Dort werden Elektronen durch das Sonnenlicht in Bewegung gebracht, wodurch elektrischer Gleichstrom entsteht. Die Umwandlung in den haushaltsüblichen Wechselstrom für den direkten Verbrauch oder zur Einspeisung in das öffentliche Netz erfolgt im Wechselrichter. Überschüssiger Strom kann auch in einer Strombatterie gespeichert werden.

Heizen mit Strom - warum sind PV-Anlagen nicht direkt ausreichend?

Zunächst ist hier zu beachten, dass der Wärmebedarf in nahezu allen Gebäuden in Deutschland deutlich höher ist als der Strombedarf. Schon der Warmwasserbedarf eines 4 Personenhaushaltes benötigt bereits in etwa die gleiche Energiemenge, der Wärmebedarf beträgt je nach Energieeffizienz und Baujahr des Gebäudes zusätzlich das drei bis fünffache. Hinzu kommt, dass die Umwandlung des Sonnenlichtes in Wärme sehr viel einfacher und weniger Verlustbehaftet ist als die Umwandlung in elektrische Energie. Während ein sehr gutes PV-Modul ca. 20 % des Sonnenlichts nutzen kann, so sind dies bei einem Solarkollektor ca. 80 %, also ein 4-faches. Wenn Mitte Februar die Sonne scheint, kann eine PV-Anlage mit 18 Modulen (ca. 35 m²) eine Tagesbilanz von ca. 18 kWh erzielen. Bei 40 % Eigenverbrauch und einem 10 kWh Batteriespeicher würde für Heizung oder Warmwasser nichts mehr übrigbleiben. Eine Solarkollektoranlage mit 8 Flachkollektoren PremiumPlus AL (ca. 22 m²) hingegen erreicht eine Tagesbilanz von ca. 45 kWh, welche ausschließlich für die Heizung genutzt werden können und damit nahezu den gesamten Tagesbedarf an Warmwasser und einen sehr großen Teil am Heizungsbedarf decken kann. Mit Vakuum-Röhrenkollektoren CPC Nero fällt der Ertrag sogar noch höher aus. Die Solarthermieanlage kann in diesem Zeitraum folglich auch vollständig auch eine Wärmepumpe ersetzen, und dadurch auch die Lebensdauer der Wärmepumpen deutlich erhöhen. Im Idealfall werden im modernen Energie-Effizienzhaus daher beide Arten der Energieerzeugung eingesetzt, um das Haus und die darin lebenden Personen optimal mit der kostenlos zur Verfügung stehenden Energie der Sonne umweltfreundlich versorgen zu können. Sowohl Solarthermieanlagen als auch Photovoltaikanlagen leisten eine außerordentlichen Beitrag zum Klimaschutz bei der CO₂-Einsparung
und fördern zudem nachhaltig kostenlose Energie.

Mit welcher Amortisationszeit kann bei Solarthermieanlagen gerechnet werden?

Dies ist in erster Linie auch abhängig von den Kosten der Primärenergie, die als Hauptwärmequelle genutzt wird. Installiert man die Solarthermieanlage in Kombination mit einer Biomasseheizung oder einer Wärmepumpe, ist der Speicher in der Regel dort bereits integriert, so dass für die Solarthermieanlage lediglich die Anschaffung der Kollektoren und der zugehörigen Systemtechnik notwendig ist. Benötigt man die komplette Anlage mit Speichern neu, so sind die Anschaffungskosten hier höher. Man kann in der Regel mit Amortisationszeiten zwischen 10 und 15 Jahren rechnen, wobei Solarthermieanlagen zur Heizungsunterstützung zwar höhere Anschaffungskosten haben, sich aber meist schneller amortisieren aufgrund des höheren Einsparpotentials an der Primärenergie. Auch durch Fördermöglichkeiten von Staat und Kommunen verkürzt sich die Amortisationszeit der Solarthermieanlage zusätzlich. Aufgrund der hohen Lebenserwartung der modernen Solarkollektoren von Solarbayer wird sich die Anschaffung und die Installation der Solarthermieanlage immer lohnen und ist in Folge auch eine hervorragende, wirtschaftliche Kapitalanlage gerade in Zeiten niedriger Verzinsungen.

Gibt es Fördermöglichkeiten für Solarthermieanlagen?

Durch die neu aufgesetzte BEG (Bundesförderung für Effiziente Gebäude) können Sie von hohen Zuschussförderungen beim Kauf einer Solarthermieanlage profitieren. Privatpersonen erhalten eine Grundförderung von 30% als Zuschuss auf die förderfähigen Kosten (Anschaffung- und Installationskosten, etc.). Bei Einhaltung bestimmter Kriterien kann zudem ein Klima-Geschwindigkeitsbonus von 20% beantragt werden, und für besonders Einkommensschwache Haushalte besteht die Möglichkeit, einen Einkommensbonus von 30% zu erhalten. Insgesamt kann ein Höchst-Zuschuss von 21.000 € auf die förderfähigen Kosten beantragt werden. Unter nachfolgendem Verweis finden Sie weitere Informationen zu den bestehenden Fördermöglichkeiten.

BEG Förderung 2024