Solarthermie

Solarthermie – eine Übersicht über Technik, Kosten und Fördermittel

Unter Solarthermie versteht man die Umwandlung der Sonnenenergie in nutzbare thermische Energie, das heißt Wärme. Die Solarthermie zählt zu den erneuerbaren Energien. Je stärker die Sonneneinstrahlung und je höher die Anzahl der nutzbaren Sonnenstunden, desto effizienter arbeitet eine Solarthermie-Anlage, um die Wärmeenergie zu nutzen.
In unseren Breitengraden ist die Nutzung der Solarthermie in Kombination mit anderen modernen Heizsystemen, wie einer Wärmepumpe oder einer Brennwertheizung, empfehlenswert.

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1. Funktionsweise einer Solarthermie-Anlage

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Bei der Solarthermie wird Sonnenenergie zur Erwärmung von Warmwasser (Trinkwasser) oder Heizwasser verwendet.
Eine Solarthermie-Anlage besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten:

  • Kollektoren
  • Umwälzpumpe mit Solarregler
  • Wärmetauscher
  • Speicher (Puffer- oder Kombispeicher)

Das in den Kollektoren aufgeheizte Medium besteht im Normalfall aus einem Wasser/Frostschutzmittel-Gemisch. Sollte die Temperatur an den Kollektoren um einige Grad wärmer als im Speichermedium sein, wird die Umwälzpumpe durch den an einen Temperatursensor angeschlossenen Solarregler aktiviert, um die aufgeheizte Flüssigkeit zum Speicher zu transportieren. Über einen Wärmetauscher wird die Wärme an das Heizwasser im Speicher übertragen.

2. Sonnenkollektoren – Wirkungsweise und Arten

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In Deutschland werden zur privaten Nutzung von Solarthermie fast ausschließlich zwei Typen von Sonnenkollektoren verwendet. Der Vakuumröhrenkollektor und der Flachkollektor.

Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus einer Reihe von Glasröhren, die wiederum jeweils aus einer inneren und einer äußeren Glasröhre bestehen. Die Glasröhren sind durch ein Vakuum getrennt, welches der Isolierung des Wärmemediums (Wasser und Frostschutzmittel) gegenüber der Außenumgebung dient. Die Aufnahme der Sonnenenergie erfolgt durch den Absorber, der üblicherweise aus mehreren Lagen dünner Metall- und Metalloxidfilme besteht, die auf der inneren der Glasröhren aufgetragen wurden.
Die aufgenommene Wärme wird nun entweder direkt durch ein U-Rohr, in dem sich die erwärmte Flüssigkeit befindet abgeführt oder indirekt durch den Einsatz eines Wärmerohrs (heat-pipe) auf die Trägerflüssigkeit übertragen.
Vakuumröhrenkollektoren besitzen gegenüber Flachkollektoren üblicherweise einen höheren Wirkungsgrad.

Flachkollektoren sind die in Deutschland bei weitem am meisten eingesetzten Kollektoren für die Solarthermie. Der Nachteil des etwas niedrigeren Wirkungsgrads überwiegt der Vorteil, dass diese Art der Kollektoren auch direkt in die Dachkonstruktion verbaut werden können, sogenannte Dacheinbau-Flachkollektoren.
Nachdem die Sonnenstrahlen durch die Abdeckung, sie besteht meist aus einem bestimmten Solarglas, in das Innere des Kollektors gelangt ist, erfolgt die Aufnahme der Wärme durch den Absorber. Dieser besteht wie bei den Röhrenkollektoren aus mehreren dünnen Schichten aus Metallen und Metalloxiden (meist Titan und Aluminium).
Die Wärmedämmung an der Rückwand des Flachkollektors erfolgt meist durch Mineralwolle oder Schaumglas.

3. Solarspeicher – eine kurze Übersicht

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Abends und nachts, wenn die Sonne nicht scheint wird üblicherweise am meisten Warmwasser benötigt. Sei es zum Duschen, Baden oder zum Heizen. Die tagsüber aufgenommene Wärme muss deswegen effektiv gespeichert werden. Dies erfolgt bei Erwärmung von Trinkwasser zum Baden und Duschen durch den Warmwasserspeicher.

Soll die bestehende Heizungsanlage durch Solarthermie unterstützt werden, erfolgt die Speicherung in einem sogenannten Pufferspeicher. Direkt an diesem Speicher ist auch die Standard-Heizungsanlage (z.B. Gasheizung oder Wärmepumpe) angeschlossen.

Für die Erwärmung und Nutzung beider Wasserkreisläufe durch Solarthermie bietet sich ein platzsparender Kombispeicher an. Durch ein Doppelkammersystem können beide Wasserkreisläufe gleichzeitig und getrennt voneinander auf engstem Raum erwärmt werden.

4. Bivalentes Heizen – Kombination mit anderen Heizsystemen

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In unseren Breitengraden ist es notwendig, dass in den allermeisten Fällen ein zusätzliches Heizsystem zur Solarthermie-Heizung eingesetzt wird. Beide Heizsysteme erwärmen den Wärmeträger im Kombispeicher.
Stand der Technik sind hocheffiziente Kombinationen mit einer Brennwertheizung (Gas, Öl oder Pellets) oder einer Wärmepumpe.



5. Umweltbilanz – eine Kurzanalyse

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Ein wichtiger Faktor für die Beurteilung solarthermischer Anlagen ist die sogenannte energetische Amortisationszeit. Dies ist die Zeit, welche die Anlage in Betrieb sein muss, um die Energie einzusparen, die für Produktion, Betrieb und Wartung aufgewendet werden musste.

Typische Zeiträume für die energetische Amortisation liegen bei Anlagen zur Erwärmung des Trinkwassers bei 1 – 2 Jahren. Bei Anlagen, die zusätzlich die bestehende Heizung unterstützt liegen diese Zeiten bei ca. 2 – 4 Jahren.

Da die typischen Lebensdauern von Solarthermie-Anlagen deutlich über 20 Jahre liegen, kann also eine erhebliche Energiemenge eingespart werden.

Ein zusätzlicher Faktor, der neben der energetischen Amortisationszeit berücksichtigt werden muss, ist die gesamte eingesparte Energiemenge für eine bestimmte Lebensdauer. Diese Größe bewertet hocheffiziente Anlagen richtig, die mit höherem energetischen Aufwand hergestellt wurden und somit eine längere Amortisationszeit besitzen. Die gesamte eingesparte Energie ist bei diesen Anlagen nämlich deutlich höher als bei weniger effizienten Anlagen mit geringerer Amortisationszeit.

Zusätzlich zu der Energieeinsparung bei der Verwendung von Solarthermieanlagen wird über die gesamte Nutzungsdauer kein CO2 produziert, das als Treibhausgas gilt.

6. Solarthermie – Kosten und Wirtschaftlichkeit

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Die Investitionskosten für eine Solarthermieanlage zur Trinkwassererwärmung mit 5 Quadratmetern Flachkollektor-Fläche beträgt ca. 5000 . Hierzu tragen die Kollektoren mit etwa 1250 €, der Warmwasserspeicher mit ca. 1500 € und die Umwälzpumpe mit Solarregler mit ca. 1000 € bei. Hinzu kommen noch Verrohrung und Montagekosten.

Wird die Solarthermieanlage auch zur Erwärmung des Heizwassers ausgelegt, verdoppeln sich leicht die Investitionskosten. Üblicherweise werden für diesen Fall mehr Kollektorenfläche und ein größerer Kombispeicher benötigt. Dieser schlägt mit ca. 3000 € zu Buche.
Die laufenden Betriebskosten einer Solarthermieanlage sind gering, es muss jedoch der Stromverbrauch der Solarkreispumpe berücksichtigt werden. Außerdem muss ein regelmäßiger Check durch den Fachbetrieb eingerechnet werden.
Üblicherweise amortisieren sich Solarthermieanlagen nach ca. 10 – 15 Jahren.

7. Förderung Solarthermie – diese Möglichkeiten haben Sie

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Es existieren verschiedene Fördermöglichkeiten des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) und der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW), die auch miteinander kombiniert werden können.

Das BAFA unterscheidet bei der Förderung, ob die Solarthermie-Anlage zur Warmwasserbereitung genutzt wird oder ob sie zur Heizungsunterstützung eingesetzt wird. Zusätzlich wird bei der Heizungsunterstützung der Austausch einer Niedertemperaturheizung gegen eine moderne Brennwertheizung gefördert.

Die KfW bietet in ihrem Produkt 430 bis zu 30000 € Zuschuss je Wohnung für die „Sanierung zum KfW-Effizienzhaus oder einzelne Maßnahmen“. Für die Solarthermie zuschussfähig ist hier das Maßnahmenpaket „Austausch ineffizienter Heizungsanlagen durch effiziente Anlagen in Verbindung mit einer optimierten Einstellung“ und als Einzelmaßnahme die „Erneuerung oder Optimierung der Heizungsanlage“.

8. Vorteile/Nachteile von Solarthermie

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In nachfolgender Tabelle sind für Sie die wesentlichen Vor- und Nachteile aufgelistet: