Solarthermie: Was steckt dahinter?

Die Sonne ist unser größtes Energiereservoir. Mit Hilfe der Solarthermie lässt sich diese Energiequelle anzapfen und für die Warmwasseraufbereitung sowie zum Heizen nutzen. Wie das funktioniert, verrät dieser Ratgeber.

Fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl und Gas gehen in absehbarer Zeit zur Neige und werden späteren Generationen nicht mehr zur Verfügung stehen. Unser potenziell größter Energielieferant liegt ohnehin nicht in der Erde vergraben, sondern steht hoch am Himmel: Die Sonne ist als Energiequelle praktisch unerschöpflich. Längst gibt es effiziente Techniken, um diese Power im Alltag zu nutzen. Doch was bedeutet der Begriff Solarthermie eigentlich genau?

Was ist Solarthermie?

Solarthermie steht für die Umwandlung der Sonnenergie in nutzbare Wärmeenergie. Sonnenkollektoren auf dem Hausdach fangen die Wärmestrahlung der Sonne auf und erhitzen Wasser. Dieses lässt sich im Haus zur Warmwasseraufbereitung und zum Heizen einsetzen.

Kernstück einer Solarthermie-Anlage ist der Sonnenkollektor auf dem Dach. Der Kollektor besteht aus einem System von Röhren, sogenannten Absorbern, die ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmitteln enthalten. Die Sonneneinstrahlung erhitzt diese Wärmeträgerflüssigkeit. Übersteigt ihre Temperatur die Temperatur des Brauch- oder Heizwassers im Speichertank, befördert eine Umwälzpumpe den Wärmeträger in den Wärmetauscher des Tanks. Der Tauscher sorgt dann dafür, dass die Flüssigkeit aus dem Kollektor das Wasser im Speicher erhitzt.

Was bringt Solarthermie?

Solarthermie ist umweltfreundlich. Bei der Produktion von Wärme mittels Sonnenkollektoren entsteht kein CO₂. Auch die Gesamtenergiebilanz dieser Technik ist positiv: Der Einspareffekt wiegt die bei Herstellung, Transport und Montage entstehenden Emissionen um ein Vielfaches auf.

Solarthermie-Anlagen können in Ein- oder Zweifamilienhäusern bis zu 70 Prozent des benötigten Warmwassers erzeugen. Kombi-Solaranlagen versorgen gleichzeitig das Warmwassersystem sowie die Heizungsanlage mit warmem Wasser. Auf diese Weise lassen sich bis zu 40 Prozent der sonst benötigten Heizenergie einsparen. Die Anlagen funktionieren auch im Winter, wenn die Sonne kaum oder nur schwach scheint. Es liegt auf der Hand, dass die Kollektoren im Sommer mehr Wärme liefern. Umgekehrt erzeugen sie im Winter, wenn die Heizung im Haus aufgedreht wird, relativ wenig Warmwasser für die Heizungsanlage.

Was kostet Solarthermie?

Der Einbau einer Solarthermie-Anlage ist nicht ganz billig. Je nach Typ schlägt der Quadratmeter Kollektorfläche mit bis zu 600 Euro zu Buche. Dazu kommen noch die Kosten für den Warmwasserspeicher und die Montage von Pumpe, Rohren, Leitungen und Regelungstechnik. Für einen vierköpfigen Haushalt entstehen Gesamtkosten von etwa 5.000 Euro bei Installation einer Flachkollektor-Anlage zur Warmwasserbereitung. Eine effizientere, kombinierte Vakuumröhrenkollektor-Anlage für Heizung und Warmwasser in einem Vier-Personen-Haushalt kostet bis zu 13.000 Euro.

Sonnige Zeiten dank Solarthermie

Vorteile von Solarthermie

Wenn die Heizung an wärmeren Tagen Pause hat, ist das der ideale Zeitpunkt für die Wartung. Allerdings sollte die Inspektion Sache eines Fachmanns sein. Beim Anlagen-Check stellt er leicht fest, ob Verschleißteile auszutauschen sind und alles einwandfrei funktioniert – denn richtig eingestellt arbeitet die Heizung am effizientesten.

Sind Brenner und Kessel jedoch veraltet, hilft die beste Wartung nichts – die Heizkosten sind und bleiben hoch, die Anlage sollte dringend ausgetauscht werden. „Ein Wechsel zur Erdgas-Brennwerttechnik kann sich schon in weniger als sieben Jahren allein durch die eingesparten Heizkosten vollständig amortisieren“, erklärt Bernhard Funk, Sprecher der Initiative Erdgas pro Umwelt (IEU), und empfiehlt als weitere Optimierung eine solarthermische Anlage.

Vor allem im Sommer spielt die Solaranlage ihre Stärken voll aus. Denn auch wenn die Räume nicht beheizt werden, bleibt der Bedarf an warmem Wasser zum Duschen, Baden oder Spülen bestehen. Mehr als 70 Liter verbraucht jeder Deutsche auf diese Weise täglich. Die Warmwasserbereitung macht rund 12 Prozent des Energieverbrauchs eines durchschnittlichen Haushalts aus, die mit einer Solaranlage eingespart werden können.

Solaranlagen clever kombinieren

Warum nicht die Sonne nutzen, wenn sie schon das ganze Jahr Wärme für die Heizung und Dusche liefert? Erdgas-Brennwertgeräte lassen sich hervorragend mit Solaranlagen kombinieren. Ein Vier-Personen-Haushalt spart bis zu 40 Prozent Energie bei der Warmwasserbereitung.

Eine Anlage, die zusätzlich Sonnenwärme für die Raumheizung liefert, spart im typischen Einfamilienhaus laut Auskunft der Deutschen Energie-Agentur ca. 20 Prozent Energie ein. Mit einer Solarwärmeanlage kommt ein großer Teil der für die Trinkwassererwärmung benötigten Energie direkt von der Sonne. Eine etwas größere Anlage kann zusätzlich auch die Raumheizung unterstützen. Der Heizbedarf kann jedoch nicht allein durch eine Solarwärmeanlage gedeckt werden. Sie brauchen in jedem Fall eine zusätzliche „normale“ Heizung.

Den richtigen Kollektor wählen

Die Hersteller bieten Geräte für jeden Bedarf an: von einzelnen Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren bis zu ganzen Solar-Sets mit Speicher und Regelungstechnik. Zunächst sollte jedoch geprüft werden, welche Art von Kollektor und Speicheranlage die richtige für den eigenen Bedarf ist.

Flachkollektoren

Aufgabe eines Sonnenkollektors ist es, eine möglichst hohe Wärmeausbeute zu erzielen. Er soll also möglichst viel Wärme aufnehmen und möglichst wenig wieder an die Umwelt abstrahlen. Dies erreicht man durch die spezielle „selektive“ Beschichtung des Absorbers, des Kernstücks eines Flachkollektors. Er besteht aus einem gut wärmeleitenden Metallblech (z. B. aus Kupfer oder Aluminium) mit einer dunklen Beschichtung und aus damit verbundenen Wärmeträgerrohren, die in der Regel aus Kupfer bestehen. Trifft Solarstrahlung auf den Absorber, wird sie zum größten Teil absorbiert – das Blech nimmt die Strahlung auf. Durch die Absorption entsteht Wärme, die im Blech an die Wärmeträgerrohre geleitet wird. Durch diese strömt die Wärmeträgerflüssigkeit, die die Wärme aufnimmt und zum Speicher transportiert.

Marktgängige Flachkollektoren bestehen aus einem Metallabsorber in einem flachen, rechteckigen Gehäuse. Dieses ist zur Rück- und zu den Schmalseiten hin wärmegedämmt und an der Oberseite mit einer transparenten Abdeckung, dem Solar-Sicherheitsglas, versehen. Zwei Rohranschlüsse für den Zu- und Abfluss des Wärmeträgermediums führen meist seitlich aus dem Kollektor. Flachkollektoren sind preisgünstig, lassen sich auf vielfache Weise montieren und harmonisch ins Dach integrieren. Sie wiegen etwa 15 bis 20 kg/m². Sie werden in verschiedenen Größen hergestellt: von 1,5 bis 12,5 Quadratmetern oder größer. Die gängige Größe beträgt etwa zwei Quadratmeter. Diese Kollektoren wiegen ca. 40 kg jé Modul.

Vakuumröhrenkollektoren

Ein Vakuumröhrenkollektor besteht aus einer Anzahl miteinander verschalteter Röhren, die am Kopf durch einen Verteiler- bzw. Sammlerkasten verbunden sind. Darin laufen die gedämmten Vor- bzw. Rücklaufleitungen. Am Fuß werden die Röhren auf einer Schiene mit Röhrenhalterungen befestigt. Der Absorber ist hier entweder als flacher oder gewölbter Blechstreifen oder als eine auf einem innenliegenden Glaskolben aufgebrachte Beschichtung in eine luftleere („evakuierte“) Glasröhre eingebaut. Die durch den Unterdruck in der Röhre gegenüber dem Luftdruck entstehenden Kräfte werden durch die hohe Druckfestigkeit der Röhrenform sehr gut aufgenommen.

Schwimmbadkollektoren

Der unverglaste Kollektor kommt in erster Linie zur Erwärmung von Schwimmbadwasser zum Einsatz. Das Beckenwasser fließt direkt durch die Absorberrohre und wird dabei erwärmt. Besonders für Freibäder sind diese Anlagen geeignet, denn im Sommer fallen Sonneneinstrahlung und Heizbedarf für das Beckenwasser zeitlich in idealer Weise zusammen. Die Anlagen sind einfach aufgebaut, kostengünstig und zuverlässig – und wirtschaftlich günstiger als eine ausschließliche Beheizung mit Öl oder Gas. Eine umweltfreundliche Alternative – auch für das private Schwimmbad!

Anlagen und Speicher

Das Energieangebot der Sonne ist nicht beeinflussbar und stimmt selten mit den Zeiten des Wärmebedarfs überein. Zum Ausgleich der kurzfristigen Witterungsschwankungen muss die solar erzeugte Wärme gespeichert werden. Standard-Solarspeicher bestehen entweder aus emailliertem Stahl oder Edelstahl und besitzen eine Reihe von Konstruktionsmerkmalen, die sie von konventionellen Trinkwasserspeichern unterscheiden und ihre Eignung hinsichtlich der Nutzung der Sonnenenergie entscheidend beeinflusst:

Solarspeicher sind schlanke, hohe Standspeicher. So kann sich im Speicher eine Temperaturschichtung bilden: oben heißes, in der Mitte warmes und unten kaltes Wasser. Diese Schichtung ist eine Grundvoraussetzung für das Funktionieren einer Solaranlage. Zu einem leistungsfähigen Solarspeicher gehört auch eine gute Wärmedämmung. Sie sollte seitlich 10 und oben 15 cm dick sein und auch den Speicherboden mit einbeziehen, überall gut anliegen und aus FCKW- und PVC-freien Materialien bestehen. Die Speichertemperatur sollte 60° C möglichst nicht überschreiten, da ab dieser Temperatur verstärkt Kalk im Trinkwasser ausfällt. Um auf jeden Fall eine Verbrühungsgefahr durch zu heißes Speicherwasser auszuschließen, befindet sich am Warmwasserausgang des Speichers ein Brauchwassermischer, der gegebenenfalls Kaltwasser zumischt.

Veröffentlich am 6. Juni 2017