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Solare Trinkwassererwärmung

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

25.01.2021

Letztes Update

18.08.2022

Solare Trinkwassererwärmung mittels Solarthermie | Kombianlagen mit Heizungsunterstützung

Inhalt des Wiki-Artikel

Solare Trinkwassererwärmung: kostensparender Klimaschutz

Die solare Trinkwassererwärmung ist eine besonders klimafreundliche Art der Trinkwassererwärmung. Mittels Solarthermie wird Warmwasser durch Sonne gewonnen. Über Sonnenkollektoren wird Solarenergie in nutzbare Wärmeenergie umgewandelt. Von der solarthermischen Anlage wird die Wärme über Rohre zum Warmwasserspeicher transportiert. Als Wärmeüberträger dient die sogenannte Solarflüssigkeit, die sich aus Wasser und einem Frostschutzmittel zusammensetzt. Am Speicher gibt das Trägermedium die thermische Energie an das darin enthaltene Trinkwasser ab, das sich dadurch erhitzt. In der Regel wird bei der solaren Trinkwassererwärmung auch eine konventionelle Heizung eingeplant, die in sonnenarmen Zeiten einspringt.1

Warmwasser durch Solarthermie gewinnen

Kollektoren wandeln bei solarthermischen Anlagen die Sonnenenergie in thermische Energie um. Das Herzstück eines Sonnenkollektors ist der sogenannte Absorber, über dessen Oberfläche die Energie umgewandelt wird. Um den Wärmeverlust so gering wie möglich zu halten, ist der Absorber gedämmt und die Glasabdeckung des Kollektors beschichtet. Auf diese Weise wird die Abstrahlung von Wärme nach außen begrenzt. Die Dämmung kann auf zwei verschiedene Weisen erfolgen: Bei einem Flachkollektor ist der Absorber in einen wärmegedämmten Kasten eingelassen, während er bei einem Vakuumröhrenkollektor in einem mit Vakuum gefüllten Glasröhrensystem eingebettet ist.

Die solare Trinkwassererwärmung erfolgt entweder direkt im Gebäude oder die thermische Energie wird über Nähwärmenetze auch zu anderen Gebäuden geleitet. Solarthermie ist nicht nur für die Bereitung von Warmwasser geeignet, die gewonnene Wärmeenergie kann auch zum Beheizen von Räumen genutzt werden. Vorteilhaft daran ist, dass die Wärme klimafreundlich erzeugt wird und dabei noch Heizkosten gespart werden. Ende 2017 waren in Deutschland rund 2,3 Millionen Solarthermieanlagen im Einsatz. Vor allem bei Zwei- und Einfamilienhäusern ist die solare Trinkwassererwärmung verbreitet, da die Sonnenkollektoren einfach auf dem Dach installiert werden können.2

Solarwärmeanlagen für große Gebäude

Gebäude wie Mietshäuser, Gewerbebauten, Krankenhäuser verfügen häufig über große, ungenutzte Dachflächen, die für die Installation von Sonnenkollektoren geeignet sind. Darüber hinaus lassen sich Solarkollektoranlagen auch an Fassaden und Balkonbrüstungen installieren. Gerade bei großen Gebäuden birgt die solare Trinkwassererwärmung ein großes Einsparpotenzial, denn zum einen halten sich die Wärmekosten bei großen Solarthermieanlagen geringer als bei kleinen Standardanlagen, zum anderen sind auch die Verluste geringer, da große Einheiten Wärme besser speichern können.

Durch den Einsatz von Solarthermieanlagen lassen sich der Energieverbrauch und damit die Mietnebenkosten oder die Betriebskosten senken. Außerdem ist die solare Trinkwassererwärmung nicht von steigenden Energiepreisen betroffen. Während die Entwicklung des Öl- und Gaspreises nicht absehbar ist, sind die Investitionskosten für eine Solarwärmeanlage gut kalkulierbar und die Betriebskosten gering. Die Anlage kann entweder für die solare Trinkwassererwärmung, als Kombianlage für die Trinkwassererwärmung und Raumbeheizung oder für die Einbindung in Wärmenetze konzipiert sein.3

Warmwasserspeicher oder Durchflussprinzip?

Für die solare Trinkwassererwärmung gibt es verschiedene Systemkonzepte, welches am effizientesten ist, hängt immer vom konkreten Anwendungsbefall ab. Grundsätzlich besteht ein Solarsystem zur Warmwasserbereitung aus einem Sonnenkollektorfeld, einer Solarstation, einem Warmwasserspeicher und einem Solarregler. Über die Kollektoren wird solare in thermische Energie umgewandelt, die Solarstation sorgt dafür, dass die Wärme weitertransportiert wird. Im Warmwasserspeicher wird Trinkwasser erhitzt und gespeichert, bis Bedarf daran besteht.

Große Solarthermieanlagen arbeiten in der Regel mit Pufferspeichern, um der erforderlichen Speichermenge und den Anforderungen an die Wasserhygiene zu genügen. Die Wärmeübertragung erfolgt bei der solaren Trinkwassererwärmung gewöhnlich über Plattenwärmetauscher. Für die Übertragung der Wärme vom Pufferspeicher sind zwei Varianten gängig: das Durchflussprinzip und das Speicherladeprinzip. Beim Durchflussprinzip wird bei jedem Zapfvorgang kaltes Trinkwasser durch den Wärmetauscher geleitet und dabei erwärmt. Das Prinzip gleicht einem Durchlauferhitzer. Ein Nachheizspeicher am Kessel bringt und hält das Wasser bei Bedarf auf Solltemperatur. Systeme zur solaren Trinkwassererwärmung mit Durchflussprinzip sind auch als Frischwassersysteme und als serielle Trinkwasseranbindung bekannt.

Bei solaren Trinkwassererwärmungssystemen mit Speicherladeprinzip wird die Wärme vom Pufferspeicher über den Wärmetauscher und einen zusätzlichen Ladekreis an einen Vorwärmspeicher abgegeben. Statt des Vorwärmspeichers kann auch ein Teil des Nachheizspeichers eingebunden werden. Das Speicherladeprinzip bei der solaren Trinkwassererwärmung ist teurer in der Realisierung als das Durchflussprinzip und wird vor allem bei größeren Systemen genutzt.4

Kombianlagen mit Heizungsunterstützung

Da nur rund 20 Prozent des Wärmebedarfs eines Wohnhauses für die Bereitung von Warmwasser aufgewendet werden, eröffnen solare Kombianlagen ein großes Einsparpotenzial. Die Wärmekosten steigen allerdings, wenn Solarthermieanlagen mit Heizungsunterstützung zur Trinkwassererwärmung eingesetzt werden. In Zeiten, in denen nur wenig Sonne scheint, sind groß dimensionierte Kollektorflächen erforderlich, um den Wärmebedarf zu decken. Zudem verringern die kalten Temperaturen im Winter den Wirkungsgrad der Sonnenkollektoren.

Aufgrund hoher Rücklauftemperaturen im Heizungssystem arbeiten Solarthermieanlagen mit Heizungsunterstützung weniger effizient als Anlagen, die ausschließlich der solaren Trinkwassererwärmung dienen. Eine Effizienzsteigerung lässt sich erreichen, indem die Rücklauftemperatur der Heizungsanlage niedrig gehalten wird. Für einen optimalen Wärmeertrag sorgt ein individuell auf den Anwendungsfall zugeschnittenes Anlagen- und Speicherkonzept. Eine solare Trinkwassererwärmung mit Heizungsunterstützung kann auf verschiedene Arten verwirklicht werden.

Das System zur Warmwasserbereitung mit Raumbeheizung kann parallel oder in Reihe geschaltet sein. Bei der seriellen Heizungsanbindung sind Solarspeicher, Kessel und Heizung in Reihe geschaltet, bei der parallelen Anbindung ist der Heizkessel an den Pufferspeicher angebunden, der die Heizung mit Wärme versorgt. Die einzelnen Komponenten von solaren Raumheizungssystemen müssen aufeinander abgestimmt sein, um die bestmögliche Leistung zu erreichen. Dazu gehören neben der Solaranlage auch der konventionelle Kessel und das Heizungssystem.5

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