Solarthermieanlagen zur Trinkwarmwasser Erwärmung und Heizungsunterstützung

Der Artikel beantwortet alle wichtigen Fragen im Zusammenhang mit dem Einsatz von Solarthermie. Zu Beginn wird noch einmal der Unterscheid zwischen Solarthermie und Photovoltaik geklärt und anschließend thematisiert, ob sich Solarthermie in Deutschland überhaupt lohnt und welche Voraussetzung ans Gebäude gestellt werden. Auch werden die Fragen geklärt wie die Integration ins Haus erfolgen kann, welche Neigungswinkel für welchen Anwendungsfall optimal sind und welche Einsparungen durch Solarthermie erreicht werden können.

Was ist Solarthermie eigentlich?

Solarthermieanlagen unterscheiden sich gänzlich von Photovoltaikanlagen. Photovoltaikanlagen liefern elektrische Energie also Strom, Solarthermieanlagen hingegen erzeugen durch die Strahlungsenergie von der Sonne thermische Energie also Wärme. Auf dem Dach wird in den Solarkollektoren einer Solarthermieanlage die Wärmeträgerflüssigkeit erwärmt, welche durch den Antrieb einer Pumpe im Kreis gefördert wird, die aufgenommene Wärme wird anschließend in einem Wärmespeicher wieder abgegeben und steht dann für die Erwärmung von Trink- und/oder Heizungswasser im Haus zur Verfügung.

Lohnt sich Solarthermie in Deutschland überhaupt? Welche Voraussetzungen müssen gegeben sein?

Aufgrund der niedrigeren Bestrahlungsintensität in Deutschland halten viele Gebäudeeigentümer Solaranlagen für unrentabel. Fakt ist auf jeden Fall, dass in Sonnenreichen Regionen mit ausreichender Globalstrahlung Solaranlagen natürlich noch effizienter und ertragsreicher sind. Aber auch in Deutschland ist die Sonneneinstrahlung absolut ausreichend, viel relevanter für die Abwägung einer Solaranlage sind hingegen ganz andere Faktoren, die möglichst erfüllt sein sollten.

Hierzu zählen allen voran die Dachflächen im Hinblick auf ihre Ausrichtung und Tragkraft. Durch die zusätzliche Belastung der Paneele muss das Dach einer weiteren Last Stand halten, bei neueren Häusern ist das Dach fast immer ausreichend tragfähig. Bei sehr alten Dächern könnte die Tragkraft zum Ausschlusskriterium werden. Die zur Verfügung stehende zusammenhängende Dachfläche sollte möglichst Richtung Süden, Süd-Osten oder Süd-Westen ausgerichtet sein und nicht durch andere Objekte wie Häuser, Bäume oder Schornsteine verschattet werden. Auch die Gebäudephysiologie spielt eine wichtige Rolle, so muss es im Haus auch Platz für einen Wärmespeicher geben und bei der Heizungsunterstützenden Solarthermie spielen für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung auch die Dämmstandard eine wesentliche Rolle. Schlecht gedämmte Häuser benötigten so viel Energie zum Beheizen, dass die Solarthermie nur einen sehr kleinen Prozentualen Anteil übernehmen kann.

Wie werden Solarthermieanlage in das Haus integriert?

Solarthermieanlagen können zur Erwärmung von Trinkwasser, also beim Duschen oder Händewaschen, oder als Heizungsunterstützung integriert werden. Auch die kombinierte Systemintegration ist möglich, dann leisten die Solaranlagen einen Beitrag zur Erwärmung des Trinkwassers und der Räume. Da warmes Wasser und Heizungswärme, sowohl tagsüber als auch nachts benötigt wird, wenn die Sonne nicht mehr scheint muss das Angebot und die Nachfrage von Wärme zeitlich entkoppelt werden. Dazu werden thermische Speicher genutzt, die die Wärme zwischenspeichern. Bei Kombianlagen zur Trinkwasser- und Heizungswassererwärmung werden besondere Kombispeicher benötigt. Diese müssen in der Lage sein für beide Zwecke die benötigte Wärme bereitzustellen. Um das Heizungssystem zu schonen werden im Heizungswasser Kalk und andere aggressive Stoffe durch die Zugabe einer Lösung verringert, daher müssen in dem Wärmetauscher separate Kreisläufe fließen. Dies wird häufig durch Tank-in-Tank Systeme ermöglicht.  Ist die Wärmeversorgung durch die Solarthermieanlage zu gering, schaltet sich die Heizung automatisch als Unterstützung mit ein, sodass zu jedem Zeitpunkt eine ausreichende Wärmversorgung sichergestellt wird.

Welche Neigungswinkel sind optimal?

Bei der Bestimmung der Neigungswinkel ist der Einsatzzweck entscheidend. So sind für die Trinkwarmwassererwärmung Neigungswinkel zwischen 20 und 50 Grad mit einer südlichen Ausrichtung optimal. Dient die Solaranlage jedoch heizungsunterstützend, dann sind die Sonnenhöhen in der Übergangsjahreszeit relevant und durch die niedrigeren Sonnenstände in diesen Monaten sind Neigungswinkel zwischen 45 und 70 Grad bei südlicher Ausrichtung optimal.

Wo ist der Einsatz von Solarthermieanlagen sinnvoller? Im Neubau oder im Gebäudebestand?

Wie bereits angedeutet spielen die Dämmwerte eines Gebäudes (Standort- und Personenbezogene Faktoren sind weniger relevant) eine entscheidende Rolle, durch sie lässt sich der Wärmebedarf des Hauses ermitteln. Desto geringer der Bedarf an Wärme in einem Wohnhaus ist desto höher ist auch der durch die Solarthermieanlage bereitgestellte Anteil an der insgesamten Wärmemenge.

Wurden Bestandsgebäude energetisch noch nicht saniert, weisen diese in fast allen Fällen höhere Wärmebedarfe auf als Neubauten, da diese beim Bau an die Vorgaben der Energieeinsparverordnung (EnEV) gebunden sind. Auch der Einsatz von Fußbodenheizungen verbessert durch die niedrigeren Vorlauftemperaturen den Einsatz der Solaranlage.

Solarthermieanlagen leisten sowohl für Neubau als auch für den Gebäudebestand Anteile zur Wärmeversorgung, für energieeffiziente Gebäude ist der Anteil nur deutlicher in der Gesamtbilanz auszumachen. Bei Passivhäusern oder Sonnenhäusern können Solarthermieanlagen sogar als alleinige Wärmequelle genutzt werden.

Einsparungen und Wirtschaftlichkeit von Solarthermieanlagen

Solarthermieanlagen können große Mengen an Emissionen einsparen, vor allem wenn sie heizungsunterstützend eingesetzt werden, dann können die Emissionen um bis zu 25 % reduziert werden. Bei dem reinen Einsatz zur Trinkwarmwassererwärmung werden Emissionen von bis zu 10 % eingespart.

Ob sich eine solare Unterstützung rentabel ist, hängt wie immer von einer ganzen Reihe an Faktoren ab, dies können sein:

  • die zu beheizende Wohnfläche,
  • der Zustand des Hauses,
  • die klimatischen Bedingungen der Region,
  • die Dachbeschaffenheit und Neigung,
  • die eingesparten Brennstoffkosten,
  • sowie natürlich die Investitionssummen und Förderzuschüsse.

Im Mittel liegt die Amortisationszeit bei etwa 10 Jahren, bei Lebensjahren von bis zu 25 Jahren ohne große Leistungseinbußen ist der Einsatz von Solarthermieanlagen definitiv auf längere Sicht wirtschaftlich sinnvoll. Ökologisch rentieren sich Solarthermieanlagen deutlich schneller, sie können relativ schnell die Menge an Energie einsparen, die für die Herstellung gebraucht wurde. Abhängig ist dies jedoch auch wieder von den eingesetzten Heizungsvarianten, eine Pelletheizung ist generell schon klimaverträglicher als eine Ölheizung.

Im Gebäudebestand wird die solarthermische Heizungsunterstützung meistens direkt mit dem Heizungstausch gemeinsam durchgeführt. Um das Gesamtsystem effizienter zu gestalten, rentieren sich häufig weitere kleinere Maßnahmen, wie der Einsatz einer Hocheffizienzpumpe und der Reduktion des Wärmebedarfs durch eine verbesserte Wärmedämmung der Gebäudehülle, sowie der Durchführung des hydraulischen Abgleichs zur Optimierung des Strömungsverhalten des Heizungswassers

Noch offene Fragen?

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