Solarthermie

Solaranlage - Kosten sparen und Umwelt schützen durch kostenlose solare Unterstützung

Solarthermieanlagen oder kurz Solaranlagen gewinnen Wärme durch Sonneneinstrahlung - dauerhaft kostenlos. Warum also nicht diese unerschöpfliche Energiequelle nutzen, um damit die eigene Heizung zu unterstützen? Die dezentralen Anlagen sind bestens dazu geeignet, mit einer Gas- oder Ölheizung kombiniert zu werden, um auf diesem Wege geringere Kosten mit einer umweltfreundlichen Heizmethode zu verbinden.

Sonnenenergie ist reichlich, ja sogar im Überfluss vorhanden und darüber hinaus auch noch kostenlos. Um sich diese Energiequelle zunutze machen zu können, stehen zwei Systeme zur Verfügung: Photovoltaik zur Gewinnung von Strom und Solarthermie zur Wärmeerzeugung. Im Folgenden soll es in erster Linie um Wärmegewinnung durch Sonneneinstrahlung, Solarthermie, gehen.

Was ist Solarthermie und wie wird sie eingesetzt?

Unter Solarthermie wird die Umwandlung von Sonnenstrahlung (Strahlungsenergie) in thermische Energie verstanden. Zum Einsatz kommen dafür entsprechende Solaranlagen. Heutige Kollektoren haben einen Grad an Effektivität erreicht, der es ihnen ermöglicht, zwischen 40 und 60 Prozent der Energie zu liefern, die für die Warmwasserbereitung eines durchschnittlichen Haushalts benötigt wird. Solarthermie wird daher häufig als Ergänzung zu bestehenden Heizsystemen eingesetzt, um Heizkosten zu sparen.
Hinter der Solarthermie steht die Idee, Strahlungsenergie von der Sonne, wie sie täglich auf die Erdoberfläche trifft, in thermische Energie umzuwandeln und damit nutzbar zu machen. Die technische Umsetzung erfolgt über eine Solaranlage, die über Sonnenkollektoren (Absorber), Wärmetauscher, Steuereinheit und einen Speicher verfügt. Der Sonnenkollektor, welcher sich gut sichtbar auf dem Dach befindet, wandelt die einfallende Strahlung in Wärme um und überträgt diese auf ein Wärmeträgermedium, wobei es sich um ein frostsicheres Wasser-Glycolgemisch handelt. Der flüssige Wärmeträger ist pumpengesteuert und ständig zwischen Kollektor und Warmwasserspeicher unterwegs.

Gesteuert wird diese Pumpe durch eine entsprechende Steuerungseinheit. Sie wird automatisch aktiviert, sobald das Wasser im Kollektor wärmer ist als das Wasser im Speicher. Die Wärme wird dann mithilfe des Wasser-Glycolgemischs zum Brauchwasserspeicher transportiert und dort mittels Wärmetauscher übertragen. Das im Speicher befindliche Wasser lässt sich dann bei Bedarf bzw. nach Erreichen einer bestimmten Mindesttemperatur nutzen. Der konventionelle Wärmeerzeuger der Raumheizung springt erst dann an, wenn über die Solarthermieanlage nicht genug Wärme erzeugt wird.

Solarthermie zur Heizungsunterstützung

Zum Zwecke der Heizungsunterstützung ist ein besonderer Speicher erforderlich: der Kombispeicher. In diesem Speicher wird das Heizungswasser sowohl durch die Solaranlage als auch mithilfe eines konventionellen Heizkessels oder einer Gastherme erwärmt. Den Kern des Kombispeichers bildet ein separater Warmwasserspeicher, der von Heizwasser umspült wird. Solarthermie kann als alleiniges Heizsystem derzeit noch nicht bestehen. Dafür können Solaranlagen einen nicht zu verachtenden Teil dazu beitragen, Gas- oder Ölkosten beim Heizen einzusparen. Eine gut geplante und kombinierte Solaranlage ist dazu in der Lage, das Haus auch während der Übergangszeiten in Frühling und Herbst komplett mit Wärme zu versorgen. In den Wintermonaten, wenn die Sonne schon deutlich schwächer scheint, wird sie von anderen Systemen wie Wärmepumpe, Gasbrennwertheizung oder Pelletheizung unterstützt. 

Was genau ist solare Heizungsunterstützung?

Unter solarer Heizungsunterstützung ist die Nutzbarmachung von Sonneneinstrahlung mithilfe von Solarthermieanlagen zu verstehen, um damit ein bereits bestehendes Heizsystem zu entlasten bzw. zu unterstützen.

Im Innern der Solarthermieanlage wird ein Wärmeträgermedium, meist ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, durch direkte oder indirekte (diffuse) Sonneneinstrahlung erhitzt, um dann auf das Wasser im Heizkreislauf übertragen zu werden.

Durch die so gewonnene zusätzliche Wärme muss die Heizung weniger oder gar keine Leistung aufbringen, was im Endeffekt Brennstoff und Brennstoffkosten spart. Eine Eigenart von solarer Heizungsunterstützung liegt darin, dass sich Angebot und Nachfrage gegenläufig verhalten. Im Winter wird also mehr Wärme nachgefragt, als durch die Anlage bereitgestellt werden kann. Im Sommer hingegen verhält es sich genau umgekehrt.

Deswegen ist die Solarthermie in den meisten Fällen Bestandteil eines Gesamtsystems, das noch mit mindestens einer weiteren Heizung wie z.B. einer Gasheizung aufwarten kann.

Während der Sommermonate ist die Solarthermieanlage in vielen Fällen dazu in der Lage, den kompletten Wärme- und Warmwasserbedarf des Haushalts abzudecken. In der Übergangszeit und in den Wintermonaten übernimmt dann wieder die Gasheizung die Bereitstellung der Wärme.

Hohe Effizienz bei niedrigen Kosten

Der Austausch von älteren Niedertemperaturgeräten oder Standardkesseln durch moderne Gasbrennwertkessel ist in jedem Fall eine lohnenswerte Angelegenheit, denn diese arbeiten um bis zu 30 Prozent effizienter. Dabei verbrauchen sie entsprechend weniger fossilen Brennstoff (Erdgas) und das wiederum wirkt sich positiv auf die jährlichen Brennstoffkosten aus.

Kommt dann noch eine Solarthermieanlage hinzu, um den Gasbrennwertkessel zu unterstützen, sinken Verbrauch und Kosten abermals in signifikantem Maße.

Im Schnitt kostet eine moderne Erdgasheizung 6.000 Euro. Die Kosten für eine solare Heizungsunterstützung kommen - inklusive der Installation - auf ein ähnliches Niveau. Die Anlage wird jedoch dadurch um einiges günstiger, da sie vom Staat bzw. von der KfW-Bank und vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) stark gefördert wird. Eine hocheffiziente Heizanlage ist somit schon für relativ wenig Geld zu haben.

Die laufenden Betriebskosten bewegen sich ebenfalls auf einem niedrigen Niveau, da Sonnenenergie gratis zur Verfügung steht und durch sie weniger fossiler Brennstoff benötigt wird.

Dachausrichtung und Dachneigung

Die wichtigste Voraussetzung für eine Solarthermieanlage ist ein geeignetes Dach. Das betrifft sowohl die Neigung des Daches als auch die Ausrichtung. Der Idealfall entspricht einem Schrägdach, das exakt nach Süden ausgerichtet ist und einen Einfallwinkel des Sonnenlichts von genau 90 Grad ermöglicht. Diese Bedingungen sind natürlich längst nicht überall gegeben. Bei der Ausrichtung sind Abweichungen von bis zu 30° akzeptabel. Die Dachneigung ist mit 50° ideal. Sind die Abweichungen zu groß, bieten sich Aufständerungen an, mit denen sich die Winkel korrigieren lassen. 

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Flachkollektor versus Vakuumröhrenkollektor - Wärmeertrag im Vergleich

Das Herz und der nach außen hin gut sichtbare Teil einer jeden Solarthermieanlage ist deren Kollektor. In seinem Innern befindet sich der Absorber, mit dessen Hilfe die Sonnenenergie in nutzbare Wärme umgewandelt wird und diese auf die Wärmeträgerflüssigkeit überträgt. Bei einem Vakuumröhrenkollektor ist der Wärmeertrag etwa 20 Prozent höher als bei einem Flachkollektor. Letzterer ist dafür aber deutlich preiswerter zu haben. Steht auf dem Dach also nur wenig Fläche für Kollektoren zur Verfügung, sollte auf die Vakuumröhrenvariante zurückgegriffen werden.

 

 

Röhrenkollektor

hoher Wirkungsgrad, geringes Gewicht, einfache Montage, Montage an Fassade oder Balkon möglich, sehr gute Energieausbeute im Winter, hohe Anschaffungskosten, empfindliche Technik, nicht ins Dach integrierbar


Flachkollektor

gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, robuste und langlebige Technik, vollständig ins Dach integrierbar (wie ein Dachfenster), höherer Platzbedarf, relativ schwer, höherer Aufwand bei Flachdachmontage


Brauchwassererwärmung mittels Solarthermie

Als besonders nützlich haben sich Sonnenkollektoren bei der Brauchwassererwärmung im Sommer sowie in den Übergangszeiten herausgestellt. Zwischen Mai und September sind hochwertige Solarthermieanlagen dazu in der Lage, den Warmwasserbedarf eines durchschnittlichen Haushalts komplett zu bewältigen. In den Wintermonaten reicht die Energie immer noch dazu aus, das Wasser zumindest vorzuwärmen, während die nötige Restwärme vom konventionellen Heizkessel kommt. Ein gutes Beispiel für eine solche Zusammenarbeit liefern Erdwärmepumpe und Solarthermieanlage.

Für wen eignet sich eine Solaranlage?

Eine Solarthermieanlage kann grundsätzlich überall zum Einsatz kommen, egal ob Neubau oder Bestandsgebäude. Es gibt jedoch Dächer, die für die Montage in besonderem Maße geeignet sind und auf denen die Solarausbeute entsprechend hoch bzw. die Kosten der Installation besonders niedrig sind. Optimal sind ein Neigungswinkel von 45 Grad und eine Ausrichtung des Daches nach Süden. Denn so treffen die Sonnenstrahlen im günstigen 90-Grad-Winkel auf die Kollektoren, was eine besonders hohe Ausbeute verspricht. Es sind jedoch spezielle Gestelle erhältlich, mit denen sich auch auf Flachdächern die optimale Neigung erzielen lässt. Auch Dächer mit West- oder Ostausrichtung lassen sich noch für Solarthermie nutzen, wobei hier die Kollektorfläche entsprechend vergrößert werden muss, um die gleiche Leistung wie auf Süddächern zu erzielen.

Faustregel für den Flächenbedarf

Soll die Anlage allein der Brauchwassererwärmung dienen, so ist mit 1 bis 1,5 m² Kollektorfläche pro Person im Haushalt gerechnet werden.
Ist beabsichtigt, die Anlage auch zur Heizungsunterstützung einzusetzen, empfiehlt sich 1 m² Kollektorfläche pro 10 m² Wohnfläche.
In jedem Fall sollte darauf geachtet werden, dass die Kollektoren nicht durch Bäume, Dachgauben oder andere Gebäude abgeschattet werden. Auch Teilverschattungen können den Ertrag bereits ganz erheblich senken. Beim Einsatz zur Brauchwassererwärmung sollte das Haus bereits über eine zentrale Wärmeversorgung verfügen, während bei der Heizungsunterstützung eine zentrale Wärmeversorgung sinnvoll ist. Zwar sind Nachrüstungen in beiden Fällen möglich, aber auch ungleich teurer.

Bis zu 80 Prozent des Warmwasserbedarfs lassen sich decken

Dank einer gut geplanten Solaranlage läßt sich der Warmwasserbedarf im Jahresmittel zu fast 80 % allein durch die Sonne erwärmen. Dies setzt aber eine optimale Planung sowie gute örtliche Gegebenheiten voraus. 50 bis 60 % des Jahresenergiebedarfs lässt sich aber fast immer mit einer Solaranlage einsparen. 

 

 

Vorteile einer Solaranlage

  • Förderungen: Solarthermie wird von Bund, Ländern und durch die KfW im Rahmen verschiedener Programme gefördert. Das gilt vor allem für Anlagen, die neben der Brauchwassererwärmung auch zur Heizungsunterstützung eingesetzt werden. Förderungen sind jedoch nur im Rahmen von Sanierungen zu haben.
  • Kombinierbarkeit: Die Kombination aus Solarthermie und moderner Brennwerttechnik gilt als besonders effizient, da die Solarthermieanlage die Heizung unterstützt. Noch mehr Effizienz lässt sich mit der Kombination aus Solarthermie und Wärmepumpen erzielen.
  • Langlebigkeit: Hochwertige Solaranlagen können bis zu 30 Jahre zuverlässig Wärme vom Dach liefern. Viele Hersteller geben auf die Funktionsfähigkeit einzelner Komponenten mehrjährige Garantien.
  • Geringe Wartungsintensität: Eine Solarthermieanlage lässt sich relativ leicht installieren. Dank ausgereifter Technik halten sich Betriebs- und Wartungskosten in einem engen Rahmen.
  • Emissionsarm: Solarthermieanlagen verursachen weder unangenehme Geräusche noch irgendwelche sonstigen Emissionen.
  • Umweltverträglichkeit: Hochwertige Solarthermieanlagen werden aus umweltverträglichen Materialien gefertigt und lassen sich dadurch leicht wiederverwerten. Darüber hinaus wird durch die Nutzung der Verbrauch an fossilen Energieträgern wie Erdgas oder Öl nachhaltig gesenkt.

Nachteile einer Solaranlage

  • Wetterabhängigkeit: Der Ertrag ist abhängig von der Witterung bzw. der Sonneneinstrahlung.
  • Standortabhängigkeit: Solarthermieanlagen benötigen eine geneigte Dachfläche und eine Ausrichtung des Daches möglichst nach Süden hin. Darüber hinaus sollten Verschattungen durch Bäume oder Gebäude vermieden werden, da diese den Ertrag erheblich beeinträchtigen können.
  • Geringere Eignung für Bestandsimmobilien: Bei bereits bestehenden Gebäuden sind die Voraussetzungen für einen effizienten Betrieb oftmals nicht oder nur teilweise gegeben.
  • Platzbedarf: Auch der Platzbedarf einer Solarthermieanlage kann sich als nachteilig herausstellen. Der Solarspeicher benötigt nämlich eine Stellfläche von 1 m² bei 2 m Höhe. Wird der Speicher im Keller untergebracht, müssen Leitungen durch das ganze Haus gelegt werden. Besser ist hingegen ein Standort im Dachgeschoss.

Kosten für eine Solarthermieanlage

Eine thermische Solaranlage hat ihren Preis, soviel ist klar. Die Kosten amortisieren sich jedoch mit der Zeit wieder. Um nun die ungefähren Kosten einer Anlage zu ermitteln, lassen sich die folgenden Faustregeln heranziehen:

Pro Person werden 1-1,5 m² Kollektorfläche benötigt. Wird die Anlage auch zur Heizungsunterstützung eingesetzt, steigt der Flächenbedarf auf 3-4 m². Durch eine schlechte Gebäudedämmung kann der Bedarf jedoch noch weiter steigen.

Der Solarspeicher sollte pro Person 80 Liter fassen. Bei Heizungsunterstützung muss er mindestens die dreifache Größe aufweisen.

Kosten für einen Flachkollektor: Ca. 450 Euro pro Person, die im Haus lebt
Kosten für Vakuumröhrenkollektoren: Ca. 550 Euro pro Person, die im Haus lebt
Kosten für Pumpe, Rohre und deren Montage: Ca. 500 bis 1.000 Euro, wobei diese Kosten auf Grund der baulichen Gegebenheiten starken Schwankungen unterliegen können.

Laufende Kosten einer Solarthermieanlage

Die laufenden Betriebskosten einer thermischen Solaranlage sind sehr niedrig und nahezu vernachlässigbar. Hin und wieder fallen jedoch Wartungsarbeiten an, die sich auf das Jahr gerechnet mit etwa 60 Euro beziffern lassen. Eine Versicherung, mit der verschiedenste Schäden abgedeckt werden, kostet etwa 50 Euro pro Jahr. Fragen Sie hierzu denn Ansprechpartner bei der Ihrer Versicherung, denn häufig sind Solaranlagen bereits über die Gebäudeversicherung mitversichert. 

Mögliche Einsparungen bei den Heizkosten

Wie hoch die tatsächlichen Einsparungen bei den Heizkosten ausfallen, hängt von mehreren Faktoren ab. In erster Linie betreffen diese das Alter und die Dämmung des Hauses, das persönliche Heizverhalten und den Wasserverbrauch. Daneben darf auch die Einflussnahme der Witterung (z. B. langer Winter) nicht vernachlässigt werden. Hier spielt die Globalstrahlung eine wichtige Rolle. Je weiter südlich man in Deutschland lebt, desto effizienter arbeitet die Solaranlage.

Im Durchschnitt kann von einer Kosteneinsparung in Höhe von 600 Euro pro Jahr ausgegangen werden. Diesem Wert liegt eine Solarthermie-Anlage mit Heizungsunterstützung bei einem Vier-Personen-Haushalt zugrunde. Im Schnitt hat sich die Anlage nach 15 Jahren amortisiert. Dabei kann von einer Lebensdauer der Anlage von 20 bis 25 Jahren ausgegangen werden. Diese Zahlen können natürlich nur als ein grober Richtwert dienen und Schwankungen unterlegen sein. Die örtlichen Voraussetzungen wie auch die Anlagen selbst (Hersteller, Modelle) variieren zum Teil erheblich.

In den Amortisationszeitraum ist zudem eine Preissteigerung bei den Öl- und Gaspreisen mit einkalkuliert. Eine Solarthermieanlage mit Heizungsunterstützung amortisiert sich wegen der deutlich höheren Einsparungen übrigens schon nach durchschnittlich 11 Jahren, auch wenn diese teurer in der Anschaffung ist.