Wie funktioniert die Solarthermie?

Inhalt des Blogartikel

• Was heißt Solarthermie?
• Zusammensetzung einer solarthermischen Anlage
• Welche Voraussetzungen müssen für eine Solarthermieanlage gegeben sein?
• Kombination von Solarthermie mit anderen Heizungsarten
• Kosten der einzelnen Heizungsanlagen im Überblick
• Fördermöglichkeiten für die Solarthermie

Um die Ziele des Pariser Klimaschutzabkommens doch noch zu erreichen, müssen wir so viel CO2 wie nur irgendwie möglich einsparen. Heizung und die Bereitung von Warmwasser durch fossile Energieträger haben einen signifikanten Anteil an der CO2-Produktion. Für diese Zwecke könnten wir durch die Nutzung der Solarthermie erhebliche Mengen des Klimagases einsparen.

2018 gab es schon über 2 Millionen Anlagen für Solarthermie. Laut Umweltbundesamt ließen sich im gleichen Jahr ungefähr 2 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente mit Solarwärme einsparen; zudem hatte sie an der Nutzung regenerativer Energien für die Bereitstellung von Wärme einen Anteil von 5,2 Prozent. Grund genug, sich etwas mit der Funktion der Solarthermie zu beschäftigen.

Was heißt Solarthermie?

Unter Solarthermie versteht man die Umwandlung der einfallenden Sonnenstrahlung in Wärme bzw. in warmes Wasser. Die Photovoltaik hingegen verwandelt die Sonnenstrahlung in elektrische Energie. Dieser Prozess ist wesentlich aufwendiger.

Zusammensetzung einer solarthermischen Anlage

Eine Solarthermieanlage besteht aus Sonnenkollektoren, einer Solarflüssigkeit sowie einem Solarkreis, einer Pumpe, einem Speicher und einem Solarregler.

Sonnenkollektoren

Die Sonnenkollektoren, auch Solarkollektoren genannt, gibt es in zwei Ausführungen: Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren.

Der Flachkollektor ist ein Metallgehäuse, in dessen Inneren sich eine Aluminiumplatte, der Absorber, befindet. Durch eine dünne Beschichtung schimmert die Platte bläulich. Diese Beschichtung erhöht den Wirkungsgrad beim Sammeln des Sonnenlichts auf fast 95 Prozent und verhindert gleichzeitig, dass Wärme als Infrarotstrahlung abgegeben wird. Die Vorderseite des Flachkollektors besteht aus einem Spezialglas, das möglichst viel Sonnenlicht durchlässt. Die Rückseite ist gedämmt, damit keine Wärme verloren geht.

Vakuumröhrenkollektoren gibt es in verschiedenen Ausführungen. Ihr wichtigstes gemeinsames Kennzeichen ist die Vakuumröhre und damit die gute Wärmeisolation des Vakuums. Gerade bei höheren Temperaturen haben sie wesentlich geringere Wärmeverluste als Flachkollektoren. Allerdings sind sie teurer und gegenüber äußeren Einwirkungen etwas empfindlicher, wie beispielsweise Hagelschlag.

Solarkreis, Solarflüssigkeit und Pumpe

Die in den Sonnenkollektoren entstehende Wärme muss anschließend zur Heizung oder zum Warmwasserboiler transportiert werden. Hierzu dient die Solarflüssigkeit, die in einem Solarkreis hin und her gepumpt wird. An den Kollektoren der Solaranlage nimmt sie Wärme auf, im Haus gibt sie diese über einen Wärmetauscher ab. Die somit wieder abgekühlte Flüssigkeit wird zurück zu den Kollektoren gepumpt. Als Solarflüssigkeit wäre reines Wasser gut, welches aber im Winter einfrieren könnte. Deshalb setzt man der Flüssigkeit ein Frostschutzmittel und ein Mittel, das die Leitungen des Solarkreises vor Korrosion schützt, zu.

Speicher

Du möchtest sicher auch nachts oder an bedeckten Tagen, wenn die Sonne nicht oder nur sehr wenig scheint, die Funktion der Solarthermie nutzen und über warmes Wasser verfügen. Andererseits wird an einem sonnigen Tag oft mehr Wärme produziert, als du brauchst. Daher gehört zu einer Solarthermieanlage ein Speicher, der die Wärme so lange aufbewahrt, bis der Haushalt sie benötigt. Es gibt zwei verschiedene Arten dieses Speichers: den Solar- und den Pufferspeicher.

Anlagen, die nur zur Warmwasserbereitung dienen, haben einen Solarspeicher, in dem sich das Trinkwasser befindet. Soll die Anlage auch zur Heizungsunterstützung dienen, hat sie einen Pufferspeicher, in dem sich Heizungswasser befindet. Das Trinkwasser wird dann über einen Wärmetauscher durch das Heizungswasser erwärmt. Für diesen Pufferspeicher gibt es drei prinzipielle Bauarten:

• Tank-in-Tank-Lösung: Hierbei befindet sich der Trinkwasserspeicher in einem separaten Tank im Heizungswasserspeicher.
• Kombispeicher nach dem Durchlaufprinzip: Der Wärmetauscher zur Trinkwassererwärmung liegt innerhalb des Pufferspeichers.
• Pufferspeicher mit Frischwasserstation: Hier wird das Trinkwasser über einen externen Plattenwärmetauscher erwärmt.

Solarregelung

Die Solarregelung ist für die passende Verteilung der Wärme zuständig. Durch den Vergleich der Temperatur in den Sonnenkollektoren mit derjenigen im Speicher entscheidet die Regelung, ob Wärme in diesen geleitet werden soll oder nicht. Ist die Temperatur in den Kollektoren höher als im Speicher, wird Wärme abgeleitet. Bei den Vakuumröhrenkollektoren ist es aber nicht möglich, die Temperatur direkt im Kollektor zu messen. Bei dieser Art springt die Solarpumpe in regelmäßigen Abständen kurz an. Dadurch fließt die Solarflüssigkeit von den Kollektoren zum Temperatursensor und kann dort gemessen werden.

Welche Voraussetzungen müssen für eine Solarthermieanlage gegeben sein?

Die Solarkollektoren werden meist auf dem Dach montiert. Prinzipiell ist aber auch eine Montage an der Hausfassade oder im Garten möglich. Die benötigte Größe der Solaranlage ist abhängig von:

• der Größe der Wohnfläche,
• der Anzahl der Personen,
• der Dämmung des Hauses,
• der Art der Kollektoren
• und der Nutzung (nur Warmwasser oder auch Heizungsunterstützung).

Als generelle Richtwerte gelten für die Warmwasserbereitung: 1,5 m² Kollektorfläche (bei Flachkollektoren) und ungefähr 80 Liter Speicherinhalt pro Person.

Kombination von Solarthermie mit anderen Heizungsarten

Zwar gibt es heute immer mehr Sonnenhäuser, die ihren Warmwasser- und Heizungsbedarf vollständig über die Solarthermie decken, aber das ist in der Regel nur bei Neubauten realisierbar. Die meisten Hausbesitzer kombinieren die Solarthermie mit einer herkömmlichen Heizungsanlage. Dazu eignet sich die Kombination mit einer

• Wärmepumpe,
• Pelletheizung
• oder Öl- oder Gasheizung mit Brennwertkessel.

Kombination Solarthermie und Wärmepumpe

Wärmepumpen entziehen der Luft, dem Grundwasser oder der Erde bis zu 75 Prozent Wärmeenergie und produzieren damit Heizungswärme. Sie lassen sich sehr gut mit Solarthermieanlagen kombinieren.

Im Jahresmittel spart diese Kombination 50 Prozent der Kosten für Warmwasserbereitung und 20 bis 30 Prozent der Kosten für die Heizenergie ein.

Kombination Solarthermie mit Pelletheizung

Eine solche Kombination besteht aus dem Pelletkessel, den Heizungsrohren und den Heizkörpern sowie aus den Komponenten der Solarthermieanlage. Der Solar- bzw. Pufferspeicher ist in diesem Fall bivalent ausgelegt – das heißt, er nimmt Wärme sowohl aus der Solar- als auch aus der Pelletanlage auf.

Auch in dieser Verknüpfung kann die Solaranlage – je nach Dimensionierung – entweder nur für die Erwärmung des Brauchwassers in Bad und Küche oder auch zur Heizungsunterstützung genutzt werden. Die Kostenersparnisse für Warmwasserbereitung sowie Heizungsunterstützung ähneln sich denen der Kombination Solarthermie und Wärmepumpe.

Kombination Solarthermie mit Öl- oder Gas-Brennwertkessel

Diese Kombination funktioniert im Prinzip genauso wie die Kombination der Solarthermie mit einer Pelletheizung, nur dass in diesem Fall Heizöl oder Erdgas verbrannt wird. Hier kannst du bis zu 60 Prozent der Kosten für Warmwasser und bis zu 30 Prozent der Kosten für die Heizung einsparen.

Kosten der einzelnen Heizungsanlagen im Überblick

• Solarthermieanlage für Warmwasserbereitung: 4.000 bis 5.000 Euro
• Solarthermieanlage für Warmwasser und Heizungsunterstützung: 8.000 bis 10.000 Euro
• Luft-Wärmepumpe: 13.000 bis 24.000 Euro
• Erd-Wärmepumpe: 12.000 bis 27.000 Euro
• Wasser-Wärmepumpe: 12.000 bis 18.000 Euro
• Pelletheizung: 16.000 bis 25.000 Euro
• Öl- oder Gas-Brennwertheizung: 5.000 bis 9.000 Euro

Fördermöglichkeiten für die Solarthermie

Wichtig ist bei allen Förderungen, dass du dich vorher informierst. Meist musst du die Anträge vor Beginn der Baumaßnahmen stellen.

Die Förderung des BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) hat sich zum Jahresbeginn 2020 geändert. Gefördert wird jetzt prozentual, sowohl für Alt- als auch für Neubauten. Reine Solarthermieanlagen fördert das BAFA mit höchstens 30 Prozent der förderfähigen Kosten. Bei Hybridanlagen sind es sogar bis zu 35 Prozent, beim Austausch der Ölheizung bis zu 45 Prozent.

Eine ganze Reihe an Förderprogrammen hat die KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau). Diese Förderung verteilt sowohl verbilligte Kredite als auch Zuschüsse.

Erkundige dich auch nach Förderungen für deine Solaranlage durch dein Bundesland oder deine Kommune, die örtliche Energieagentur oder den ansässigen Energieversorger. Genauso bietet die Bundesumweltbank verschiedene Fördermöglichkeiten für Solarthermieanlagen an.