Einstieg ins Thema "Solarthermie für Heizung und Warmwasser"

Die Anschaffung einer Solaranlage ist nicht nur wirtschaftlich, sondern auch ökologisch sinnvoll, denn wer mit der Kraft die Sonne tanken will, kann bis zu 45 Prozent der laufenden Heizkosten sparen und senkt damit aktiv den CO2-Ausstoß. Wir möchten mit diesem Artikel die Solaranlage in den Fokus setzen und Ihnen alle Aspekte und Komponenten ausführlich aufzeigen, damit Sie sich selbst ein Bild über Solarthermie für Heizung und Warmwasser verschaffen können.

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Wie funktioniert eine thermische Solaranlage?

Die Hauptkomponenten neben dem Warmwasserspeicher sind die Kollektoren. Die meist verbreitete Kollektorbauform ist der Flachkollektor, der aus einem selektiv beschichteten Absorber besteht, der die durch Sonne aufgenommene Energie in Wärme umwandelt. Um den Wärmeverlust so gering wie möglich zu halten, befindet sich der Absorber in einem wärmegedämmten Kasten mit einer transparenten Glasabdeckung.

 

In dem Absorber befindet sich eine Wärmeträgerflüssigkeit, die zwischen den Kollektoren und dem Warmwasserspeicher oder dem Pufferspeicher zirkuliert. Diese Wärmeträgerflüssigkeit besteht aus einem Gemisch aus Wasser und ökologisch unbedenklichen Frostschutzmittel. Eine weitere wichtige Komponente der Solaranlage stellt der Solarregler dar. Der Regler überwacht automatisch alle Anlagenwerte und regelt den Solarkreislauf. Wenn zwischen Speicher und Kollektoren ein bestimmter Temperaturwert überschritten wird, schaltet der Regler automatisch die Solarkreis-Umwälzpumpe ein, die dafür sorgt, dass die im Kollektor aufgenommene Wärme über Wärmeträgerflüssigkeit in den Warmwasserspeicher transportiert wird.

Kollektortypen

Solaranlage zur Warmwasserbereitung

Da der Warmwasserbedarf eines Haushaltes im Jahr gesehen annähernd unverändert bleibt, bietet dies eine ideale Voraussetzung für die Nutzung einer Solaranlage zur Warmwasserbereitung. Außerdem kann durch die solare Wärme den Bedarf an Warmwasser im Sommer oftmals komplett decken, wodurch eine konventionelle Heizanlage komplett ausgeschaltet werden kann. Auf das Jahr gesehen kann bei einer richtig dimensionierten Anlage der Warmwasserbedarf bis zu 60 Prozent mit Sonnenenergie gedeckt werden.

Außerdem lässt sich das solar gewonnene Warmwasser nicht nur zum Duschen nutzen, man kann das heiße Wasser auch in eine Wasch- und Spülmaschine leiten, so dass diese, die im Gerät vorhandene Wasserheizung nicht mehr benutzen muss. Im Grunde kann heutzutage jede Heizung mit einer Solarthermieanlage kombiniert werden. Durch die vorhandene Heizanlage werden die schwankenden Wärmemengen ideal ausgeglichen, wodurch die gewonnene Sonnenenergie wirtschaftlich und sicher genutzt werden kann.

Solaranlage zur Heizungsunterstützung

Es besteht nicht nur die Möglichkeit mit einer thermischen Solaranlage Warmwasser zu gewinnen, sondern zusätzlich lässt sich auch das Heizungswasser solar unterstützen. In den Übergangszeiten kann oft sogar komplett ohne Brennstoffe durch solar erzeugte Wärme geheizt werden. Im Winter jedoch muss eine Solaranlage durch die vorhandene Heizanlage unterstützt werden, da durch die sonnenarmen Tage nicht mehr genügend Energie erzeugt werden kann. Die Heizanlage springt in diesem Fall automatisch ein, damit stets die gewünschte Wassertemperatur im Speicher vorhanden ist.

Komponenten einer Solaranlage zur Warm- und Heizungswasserbereitung:

Wenn man sich noch nicht mit der Thematik Solarthermie auseinander gesetzt hat, ist es hilfreich die Komponenten einer Solaranlage kennenzulernen. Nachfolgend haben Sie hierzu Gelegenheit.

Solarstation mit Solarpumpe und Solarregler

Solarstation mit Solarregler

Eine Solarstation beinhaltet in der Regel die Solarpumpe, Sicherheitsventile und die Spül- und Befüllhähne, die Schwerkraftbremse sowie verschiedene Konstrollinstrumente und Sensoren wie Thermometer, Manometer, und Durchflusssensoren. Oft ist in die Solarstationen auch der Solarregler direkt in das Gehäuse integriert. In jedem Fall sollte die Solarstation in eine Dämmschale eingehüllt sein, um Energieverluste zu vermeiden.

Der Solarregler regelt den Solarkreislauf und kontrolliert automatisch alle Anlagenwerte. Auch Inspektionsintervalle und Defekte werden aufgezeigt und können dadurch schnell behoben werden. In der Solarregelung sind mehrere Messfühler miteinander verbunden, die ständig die Temperaturdifferenz zwischen Kollektoren und Speicher erfassen. Diese Funktion nennt sich auch Temperaturdifferenzregelung.

Solarfühler für den Speicher

Temperaturfühler am Kollektor und am Speicher

In einer thermischen Solaranlage werden zwei Temperaturfühler benötigt. Ein Temperaturfühler ist am Kollektor und ein anderer am Speicher verbaut. Der Regler ermittelt über die zwei Temperaturfühler, die Temperaturen von Speicher und Kollektor und sorgt dafür, dass sobald die Temperaturen im Kollektor höher sind als im Speicher, die Solarkreis-Umwälzpumpe in Betrieb geht, damit die Wärme in den Speicher befördert wird oder umgekehrt.

Solarstation mit Solarpumpe und Solarregler

Solarkreis-Umwälzpumpe

Mit Hilfe der Solarkreis-Umwälzpumpe wird die Wärmeträgerflüssigkeit in die Kollektoren  und zurück in den Speicher befördert. Sobald das im Speicher befindliche Wasser abkühlt, wird es durch die Umwälzpumpe wieder zu den Kollektoren transportiert, wo es durch Sonnenenergie wieder erwärmt werden kann.

Doppel-Solarrohr isoliert

Solarrohre

Die Solarrohre werden benötigt, um die durch Kollektoren gewonnene Wärme zum Pufferspeicher und wieder zurück zu befördern.

Membran Ausdehnungsgefäß MAG

Ausdehnungsgefäße

Ein Ausdehnungsgefäß wird benötigt, wenn beim Erhitzen der Kollektoren das System und die Solarflüssigkeit unter zu hohem Druck stehen. Somit kann das Ausdehnungsgefäß die hohen Temperaturen in sich aufnehmen und den Druck weitestgehend konstant halten.

Solarfühler für den Speicher

Temperaturfühler für Nachheizung

Der Temperaturfühler kontrolliert die Temperatur im Wärmespeicher und sorgt dafür, dass eine Nachheizung über die vorhandene Heizanlage erfolgt, falls nicht genügend Wärme im Speicher vorhanden ist

Ladekreis Umwelzpumpe - Heizungspumpe zur Speicherladung

Ladekreis-Umwälzpumpe

Wenn nicht genügend solare Energie zur Verfügung steht, wird über die Ladekreis-Umwälzpumpe gewährleistet, dass auch in diesem Fall genügend Warmwasser durch die konventionelle Heizung bereitgestellt wird.

Ihr Fachbetrieb wird Ihnen helfen

In aller Regel wird der Bedarf von einem Fachbetrieb (Heizungsbau- und Solarunternehmen) ermittelt.

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Bild normale Heizungsanlage mit Solar, Hydraulikschema

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Warmwasser Solarspeicher / Wärmespeicher

Ohne den Warmwasser Solarspeicher würde die durch die Kollektoren gewonnene Wärme verloren gehen und könnte lediglich an sonnenreichen Tagen einen Nutzen aus der Anlage ziehen. Da thermische Solaranlagen meistens mit anderen Heizungsarten (Öl-, Gas-, Pelletheizung oder Wärmepumpe) verbunden sind, muss der Solarspeicher die Möglichkeit der Nachheizung darbringen.

Schnittbild schematisch - Pufferspeicher mit Solarwärmetauscher

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Pufferspeicher mit Solarwärmetauscher

Der Pufferspeicher mit Solarwärmetauscher sorgt dafür, dass die Wärme der Solaranlage und die der Heizanlage zusammengeführt werden. Da die beiden Heizsysteme miteinander kombiniert werden, müssen aus beiden Systemen Energie über zwei getrennte Wärmetauscher aufgenommen werden.

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Umweltaspekte

Eine thermische Solaranlage läuft absolut CO2-emissionsfrei, da keine Verbrennung von Brennstoffen stattfindet. Jedoch sollte darauf geachtet werden, dass keine elektrischen Heizanlagen verwendet werden. Ökologisch am Sinnvollsten ist die Kombination aus einer Solaranlage und einer rationalen Energietechnik, zum Beispiel durch moderne Pelletheizungen oder Brennwertkessel, die einen niedrigen Energieverbrauch aufweisen. Die energetische Zeit der Amortisation beträgt zwischen einem halben Jahr bis zweieinhalb Jahren. In dieser Zeit hat die Solaranlage so viel Energie erzeugt, wie sie für die Herstellung benötigte. Konventionelle Systeme benötigen jedoch für die Herstellung von Energie, entweder für Wärme oder Strom, stets eine größere Menge an fossilen Brennstoffen und führen dazu nie zu einer energetischen Amortisation.

Natur und Umweltaspekte

Kollektorentypen

Es gibt einige Kollektortypen, jedoch haben sich 2 im Speziellen durchgesetzt. Zum einen die Flachkollektoren und zum anderen die Vakuumröhrenkollektoren. Beide möchten wir Ihnen gerne näher erläutern.

Flachkollektor mit Absorberblech

Flachkollektoren

Die Flachkollektoren sind relativ einfach aufgebaut. Das Prinzip ähnelt einem schwarzen Gartenschlauch. Das im Schlauch befindliche Wasser wird durch die Strahlung der Sonne erwärmt. Flachkollektoren nehmen also Energie über die Sonne auf. Diese Energie wird mit Hilfe des integrierten Solarabsorbers in Wärme umgewandelt und kann mit Hilfe der zirkulierenden Solarflüssigkeit über die Solarrohre in den Speicher befördert werden. Um Wärmeverluste zu verringern, sollte der Kollektor eine gute Wärmedämmung aufweisen. Flachkollektoren sind preiswert, haben aber einen niedrigeren Wirkungsgrad als Vakuum-Röhrenkollektoren.

Vakuumröhrenkollektor

Vakuum-Röhrenkollektoren

Vakuum-Röhrenkollektoren bestehen anders als Flachkollektoren aus Glasröhren, die ein Vakuum umschließen. Auch diese Form von Kollektoren nehmen Energie über die Sonne auf und werden durch den integrierten Absorber in Wärme umgewandelt. Die Dämmwirkung wird durch ein Vakuum von zwei konzentrisch angeordneten Glasröhren erreicht. Somit halten sich die Wärmeverluste sehr gering. Je größer der Durchmesser der Vakuumröhren, desto höher der Wirkungsgrad.

Die Effektivität der Vakuumröhrenkollektoren zeigt sich jedoch bei deutlich höheren Anschaffungskosten.

Vor- und Nachteile einer thermischen Solaranlage

Hier möchten wir Ihnen die Vor- und Nachteile von thermischen Solaranlagen näherbringen.

Vorteile

Je nach Kollektorfläche und Effizienz (Dachneigung- und Dachausrichtung) kann der Bedarf an fossilen Brennstoffen bis zu 45 Prozent im Jahr gesenkt werden. Außerdem wird die bestehende Heizanlage geschont, da gerade im Sommer ein häufiges Anspringen durch die Solarthermie vermieden wird. Außerdem wird Wärme ohne Entstehung von Ruß erzeugt. Die Anlage ist  ökologisch sehr wertvoll, da weniger Stick- und Schwefeldioxide in die Luft abgelassen werden und sie absolut kohlendioxidneutral läuft. Wirtschaftlich wird die Solarthermieanlage auch durch die BAFA-Förderung, da Ihnen bei einer Kombination aus Heiz- und Brauchwasserunterstützung hohe Fördermittel zustehen. Zudem hat sich eine thermische Solaranlage nach 8 - 14 Jahren amortisiert.

Nachteile

Der Platzbedarf einer Solarthermieanlage ist hoch. Und einen weiteren Nachteil sehen wir in den Anschaffungskosten, die auf dem ersten Blick hoch erscheinen.

Solarerträge nach Monat und Dachneigung

Solarthermie - Erträge bei der jeweiligen Dachneigung - Solarthermie

Verschattung von thermischen Solaranlagen

Verschattung von Solarthermieanlagen

Kosten, Förderung & Berechnungsbeispiel

Anschaffungskosten einer thermischen Solaranlage

Warmwasserbereitung

Bei einem beispielhaften 4-Personen Haushalt, müssen Sie bei einer Solaranlage zur Warmwasserbereitung, inklusive Montage und Mehrwertsteuer, mit Anschaffungskosten zwischen 4.000 bis 6.000€ rechnen.

Heizungsunterstützung

Bei gleichen Bedingungen, belaufen sich die Anschaffungskosten einer Solaranlage zur zusätzlichen Heizungsunterstützung auf circa 8.000 bis 12.000€.Jedoch können die Kosten je nach Größe und Art der Kollektorwahl stark variieren.

Laufende Kosten einer Solarthermieanlage

Die laufenden Kosten einer Solarthermieanlage, wie zum Beispiel Betriebskosten, Instandhaltungskosten, Wartungsvertrag und eventuelle Reparaturen sollten nicht außer Acht gelassen werden. Wir möchten Ihnen hier eine kleine Übersicht der laufenden Kosten verschaffen.

Betriebskosten einer thermischen Solaranlage

Die Betriebskosten einer thermischen Solaranlage sind zum Beispiel der Strom für die Umwälzpumpe und für die Regelung, wobei wir mit jährlichen Kosten von circa 30€ rechnen.

Wartung & Instandhaltung

Im Schnitt sollte etwa alle 2-3 Jahre eine Wartung der Anlage durchgeführt werden. Sollten Sie sich bezüglich der Wartungsintervalle unsicher sein, können Sie auch durch den Solarregler erkennen, wann eine Wartung notwendig ist. Bei einer Wartung wird zum Beispiel die Wärmedämmung auf Defekte überprüft und ob in der Solarflüssigkeit noch genügend Frost- und Korrosionsschutz vorhanden ist. Außerdem sollten alle Kollektoren und Verrohrungen auf Undichtigkeit untersucht werden. In manchen Fällen kann es auch vorkommen, dass der Solarkreis entlüftet und der Volumenstrom erneut eingestellt werden muss (mind. alle 2 Jahre notwendig). Achten Sie auch darauf, dass die Solarflüssigkeit nach etwa 10 Jahren komplett ausgetauscht wird.

Je nachdem ob Schäden an der Anlage festgestellt wurden, belaufen sich die Kosten für Wartungsarbeiten im Jahr durchschnittlich auf 50-100€, sofern Sie keinen Wartungsvertrag abgeschlossen haben. Falls doch, belaufen sich die Kosten des Wartungsvertrages auf 100€ im Jahr.

Versicherung

Auch eine Versicherung die eventuelle Schäden durch Hagel, Sturm, Diebstahl oder Vandalismus deckt, sollte in den jährlichen Aufwendungen berücksichtigt werden. Jedoch halten sich auch diese Kosten gering, mit circa 40€ im Jahr.

Förderung

Bei thermischen Solaranlagen die nicht nur für die Warmwasserbereitung, sondern auch zur Heizungsunterstützung genutzt werden, sind förderfähig. Es werden Ihnen bei dieser Kombianlage durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) hohe Zuschüsse gewährt. Dies ist wiederum ein klarer Punkt für die Wirtschaftlichkeit einer Solarthermieanlage.

Berechnungsbeispiele

Wir gehen mal von einem Haushalt mit 4 Personen und eine Wohnfläche von circa 150 Quadratmetern aus. Dieser Haushalt benötigt eine Kollektorfläche von circa 15 Quadratmeter und einen Pufferspeicher mit einem Fassungsvolumen von 600-800 Litern. Pro Person sollte man ungefähr 3-4 Quadratmeter bei Flachkollektoren und circa 3 Quadratmeter bei Vakuumröhrenkollektoren einkalkulieren. Der Pufferspeicher sollte pro Person eine Größe von 150-200 Liter aufweisen, um den Bedarf zu decken.

Wenn die Anschaffungskosten für Sie auf den ersten Blick auch hoch erscheinen sollten, berücksichtigen Sie stets die Einsparungen von bis zu 45 Prozent des gesamten Heizenergieverbrauchs. Die Investition in eine thermische Solaranlage, ob nun zur reinen Warmwasserversorgung oder zur zusätzlichen Heizungsunterstützung, lohnt sich in jedem Fall.

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