Solarthermie im EWärmeG

Eine ther­mi­schen Solar­an­la­ge erwärmt Trink- oder Hei­zungs­was­ser mit Son­nen­strah­lung. Sie besteht aus den Kol­lek­to­ren, die vor­zugs­wei­se auf dem Dach des Hau­ses mon­tiert sind, den Solar­lei­tun­gen, einem Solar­reg­ler und einem dem Ein­satz­zweck ange­pass­ten Wär­me­spei­cher­sys­tem. Eine Umwälz­pum­pe beför­dert die im Kol­lek­tor erwärm­te Solar­flüs­sig­keit durch Solar­lei­tun­gen zum Spei­cher. Je nach Art und Grö­ße der Anla­ge kann dies ein Puf­fer­spei­cher sein, in dem Hei­zungs­was­ser gespei­chert wird, ein Schich­ten­kom­bispei­cher, der sowohl Hei­zungs­was­ser als auch Trink­was­ser erwärmt oder ein rei­ner Solar-Trink­was­ser­spei­cher. Da eine wirt­schaft­lich sinn­voll aus­ge­leg­te Solar­ther­mie-Anla­ge nicht den gesam­ten Wär­me­be­darf über das Jahr abdeckt, wird sie in der Regel mit einer wei­te­ren Wär­me­quel­le kom­bi­niert. Die­se kann bei­spiels­wei­se eine Wär­me­pum­pe oder ein Gas-Brenn­wert­ge­rät sein.

Die am meis­ten ver­brei­te­te Nut­zungs­art der Solar­tech­nik ist die Trink­was­ser­er­wär­mung. Bei der Trink­was­ser­er­wär­mung soll­te der sola­re Deckungs­grad – also der Anteil der Wär­me, der durch eine Solar­ther­mie-Anla­ge gelie­fert wird – etwa 60 % betra­gen. Über die Som­mer­mo­na­te wird der gesam­te Trink­warm­was­ser­be­darf durch die ther­mi­sche Solar­an­la­ge gedeckt und die zusätz­li­chen Wär­me­er­zeu­ger kön­nen kom­plett aus­ge­schal­tet werden.

Anla­gen mit Hei­zungs­un­ter­stüt­zung lie­fern, beson­ders in den Über­gangs­zei­ten März bis April und Sep­tem­ber bis Okto­ber, einen Bei­trag zur Deckung des Raum­wär­me­be­darfs. In die­ser Zeit besteht ein Wär­me­be­darf zum Hei­zen und gleich­zei­tig lie­fert die Son­ne noch genug Ener­gie, um die­sen zu decken. Reicht die Wär­me der ther­mi­schen Solar­an­la­ge an Tagen mit gerin­ger Solar­strah­lung oder hohem Wär­me­be­darf nicht aus, lie­fert eine zwei­te Zusatz­hei­zung die benö­tig­te Wär­me. In den Win­ter­mo­na­ten, wäh­rend des höchs­ten Wär­me­be­darfs und meist nied­ri­ge­rer sola­rer Ein­strah­lung, lie­fern die zusätz­li­chen Wär­me­er­zeu­ger die erfor­der­li­che Wär­me für die Trink­was­ser­er­wär­mung sowie für die benö­tig­te Raum­be­hei­zung. Der sola­re Deckungs­grad soll­te hier zwi­schen 30 bis 40 % liegen.

Vie­le Fak­to­ren bestim­men die Kos­ten – ört­li­che Umstän­de, Nut­zungs­ver­hal­ten, Kol­lek­tor­typ, ‑flä­che und ‑qua­li­tät und Spei­cher­vo­lu­men. Im Durch­schnitt kos­tet eine Anla­gen zur kom­bi­nier­ten Warm­was­ser­auf­be­rei­tung und Hei­zungs­un­ter­stüt­zung für ein Ein­fa­mi­li­en­haus zwi­schen 8.000 € und 10.000 €; wird ledig­lich Warm­was­ser auf­be­rei­tet, kos­tet die Anla­ge zwi­schen 3.000 € und 6.000 €. Eine kom­bi­nier­te Gas­brenn­wer­t/­So­lar­ther­mie-Lösung kos­tet zwi­schen 12.000 € und 18.000 €. Um die Wirt­schaft­lich­keit zu beur­tei­len, müs­sen neben Montage‑, Wartungs‑, Ver­si­che­rungs- und Betriebs­kos­ten (Strom für die Pum­pe) und etwai­ge För­de­run­gen auch die Ener­gie­ein­spa­run­gen durch den Ein­satz der Solar­ther­mie berück­sich­tigt wer­den. Die genann­ten Richt­wer­te kann man mit unse­rer For­mu­lar-Anfra­ge für eine Solar­ther­mie-Anla­ge durch einen loka­len Instal­la­teur bequem für den indi­vi­du­el­len Fall kon­kre­ti­sie­ren lassen. 

Kollektoren von Solaranlagen

Die typi­schen Solar­ther­mie-Kol­lek­to­ren sind der Flach­kol­lek­tor und der Vaku­um-Röh­ren­kol­lek­tor. Die­se Kol­lek­to­ren unter­schei­den sich stark in ihrer Bau­form, dem Funk­ti­ons­prin­zip und ihren Wir­kungs­gra­den. Des Wei­te­ren gibt es noch die weni­ger ver­brei­te­ten Kol­lek­to­ren, wie den Luft­kol­lek­tor, den Schwimm­bad­kol­lek­tor oder soge­nann­te Hybridkollektoren.

Haupt­be­stand­tei­le eines Flach­kol­lek­tors sind das Kol­lek­tor­ge­häu­se mit ent­spre­chen­der Wär­me­däm­mung, Roh­re in denen die Solar­flüs­sig­keit trans­por­tiert wird, eine Absor­ber­flä­che und eine Glas­ab­de­ckung. Die Son­nen­strah­lung trifft durch die Glas­ab­de­ckung auf die Absor­ber­flä­che. Der Absor­ber nimmt mög­lichst viel Wär­me auf und soll dabei mög­lichst wenig Wär­me wie­der abstrah­len. Die auf­ge­nom­me­ne Wär­me wird an die unter dem Absor­ber mon­tier­ten Roh­re abge­ge­ben. Die Roh­re sind mit Solar­flüs­sig­keit gefüllt, die mit­hil­fe einer Pum­pe zu einem Spei­cher trans­por­tiert wird. Die Solar­flüs­sig­keit besteht zu einem Teil aus Was­ser und zum ande­ren Teil aus einem Frost­schutz­mit­tel (z. B. Gly­kol), um ein Ein­frie­ren bei gerin­gen Außen­tem­pe­ra­tu­ren zu ver­mei­den. Die Wär­me­däm­mung im Gehäu­se des Kol­lek­tors ver­hin­dert Wärmeverluste. 

Vaku­um-Röh­ren­kol­lek­to­ren einer Solar­ther­mie-Anla­ge Der Auf­bau eines Vaku­um-Röh­ren­kol­lek­tors unter­schei­det sich von dem eines Flach­kol­lek­tors. Vaku­um-Röh­ren­kol­lek­to­ren bestehen aus meh­re­ren, neben­ein­an­der ange­ord­ne­ten Glas­röh­ren, die am obe­ren Ende mit einer Sam­mel­schie­ne ver­bun­den sind. Wie auch bei dem Flach­kol­lek­tor lei­tet ein Absor­ber die durch Son­nen­strah­lung auf­ge­nom­me­ne Wär­me an eine Solar­flüs­sig­keit wei­ter. Das Vaku­um inner­halb der Röh­re ver­min­dert Wär­me­ver­lus­te. Je nach Art des Röh­ren­kol­lek­tors unter­schei­det man hier­bei zwi­schen direkt durch­ström­ten Vaku­um-Röh­ren­kol­lek­to­ren und Heat­pipe-Röh­ren­kol­lek­to­ren. Auf­grund der Bau­form und des Vaku­ums in den Röh­ren sind die Röh­ren­kol­lek­to­ren effi­zi­en­ter und haben einen höhe­ren Wir­kungs­grad als die Flach­kol­lek­to­ren. Der höhe­re Wir­kungs­grad ermög­licht bei glei­cher Leis­tung eine gerin­ge­re Kol­lek­tor­flä­che. Der Anschaf­fungs­preis einer Solar­ther­mie-Anla­ge mit Röh­ren­kol­lek­to­ren ist aller­dings höher als der, für eine Anla­ge mit Flach­kol­lek­to­ren. Man­che Röh­ren­kol­lek­to­ren-Anla­gen kön­nen sogar auf Frost­schutz­mit­tel ver­zich­ten, und mit rei­nem Was­ser betrie­ben werden.

Aperturfläche vs. Absorberfläche

Die Aper­tur­flä­che bezeich­net die gesam­te von Son­ne beschie­ne­ne Glas­flä­che eines Solar­kol­lek­tors. Die Aper­tur­flä­che bie­tet aller­dings kei­ne Aus­sa­ge über die tat­säch­lich effek­tiv genutz­te Flä­che. Hier­zu dient die Absor­ber­flä­che. Die Absor­ber­flä­che, auch Net­to­flä­che genannt, bezeich­net nur die Flä­che, die effek­tiv genutzt wird, um die Son­nen­ein­strah­lung in Wär­me umzu­wan­deln. Die Grö­ße der Aper­tur­flä­che ist für die Erfül­lung des EWär­meG relevant.