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, aktivieren die an einen Temperatursensor angeschlossenen Solarregler die Umwälzpumpe. Hierdurch wird die aufgeheizte Flüssigkeit zum Speicher transportiert. Anschließend überträgt ein Wärmetauscher die Wärme an das Heizwasser im Speicher.

2. Sonnenkollektoren – Wirkungsweise und Arten

Heizgerät, Photovoltaik, Solar, SystemIn Deutschland sind in privater Nutzung von Solarthermie fast ausschließlich zwei Typen von Sonnenkollektoren zu finden. Der Vakuumröhrenkollektor und der Flachkollektor.

Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus einer Reihe von Glasröhren, die wiederum jeweils aus einer inneren und einer äußeren Glasröhre bestehen. Dabei sind die Glasröhren durch ein Vakuum getrennt, welches der Isolierung des Wärmemediums (Wasser und Frostschutzmittel) gegenüber der Außenumgebung dient. Hier erfolgt die Aufnahme der Sonnenenergie durch den Absorber. Dieser besteht üblicherweise aus mehreren Lagen dünner Metall- und Metalloxidfilme, die auf der Innenseite der Glasröhren aufgetragen wurden.
Anschließend führt ein U-Rohr, in dem sich die erwärmte Flüssigkeit befindet, die aufgenommene Wärme direkt ab. Oder aber es erfolgt eine indirekte Übertragung durch den Einsatz eines Wärmerohrs (heat-pipe) auf die Trägerflüssigkeit.

Vakuumröhrenkollektoren besitzen gegenüber Flachkollektoren üblicherweise einen höheren Wirkungsgrad.

Flachkollektoren sind die in Deutschland bei weitem am meisten eingesetzten Kollektoren für die Solarthermie. Der etwas niedrigere Wirkungsgrad erscheint auf den ersten Blick dem Vakuumröhrenkollektor nachteilig. Dennoch fallen dessen Vorteile mehr ins Gewicht. Denn diese Art der Kollektoren kann auch direkt in die Dachkonstruktion verbaut werden. Sogenannte Dacheinbau-Flachkollektoren besitzen eine Abdeckung aus einem besonderen Solarglas. Nachdem die Sonnenstrahlen durch die Abdeckung in das Innere des Kollektors gelangt sind, 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. Deswegen muss die tagsüber aufgenommene Wärme  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. Ebenfalls direkt an diesem Speicher ist die Standard-Heizungsanlage (z.B. Gasheizung oder Wärmepumpe) angeschlossen.

Für die Erwärmung und Nutzung beider Wasserkreisläufe durch Solarthermie bietet sich ein platzsparender Kombispeicher an. Dabei können durch ein Doppelkammersystem 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. Somit erwärmen beide Heizsysteme 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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Ebenfalls wichtig 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 hingegen, die  die bestehende Heizung zusätzlich unterstützen, liegen diese Zeiten bei ca. 2 – 4 Jahren.

Da die typische Lebensdauer einer Solarthermie-Anlage deutlich über 20 Jahre liegt, kann also eine erhebliche Energiemenge eingespart werden.

Ein zusätzlicher Faktor, den man neben der energetischen Amortisationszeit berücksichtigen muss, ist die gesamte eingesparte Energiemenge für eine bestimmte Lebensdauer. Denn diese Größe bewertet hocheffiziente Anlagen richtig, die mit höherem energetischen Aufwand hergestellt wurden. Denn somit besitzen sie eine längere Amortisationszeit. Dabei ist gesamte eingesparte Energie bei diesen Anlagen deutlich höher als bei weniger effizienten Anlagen mit geringerer Amortisationszeit.

Außerdem produzieren Solarthermieanlagen über ihren gesamten Nutzungszeitraum kein CO2, 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.

Möchte man die Solarthermieanlage beispielsweise auch zur Erwärmung des Heizwassers ausgelegen, verdoppeln sich leicht die Investitionskosten. Üblicherweise benötigt man für diesen Fall mehr Kollektorenfläche und einen größeren Kombispeicher. Dieser schlägt mit weiteren ca. 3000 € zu Buche.
Dennoch sind die laufenden Betriebskosten einer Solarthermieanlage gering. Es sollte allerdings 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: