Solarthermie im EWärmeG

Eine thermischen Solar­analage erwärmt Trink- oder Heizungs­wasser mit Sonnen­strahlung. Sie besteht aus den Kollektoren, die vorzugsweise auf dem Dach des Hauses montiert sind, den Solar­leitungen, einem Solar­regler und einem dem Einsatz­zweck angepassten Wärme­speicher­system. Eine Umwälz­pumpe befördert die im Kollektor erwärmte Solar­flüssigkeit durch Solar­leitungen zum Speicher. Je nach Art und Größe der Anlage kann dies ein Puffer­speicher sein, in dem Heizungs­wasser gespeichert wird, ein Schichten­kombispeicher, der sowohl Heizungs­wasser als auch Trink­wasser erwärmt oder ein reiner Solar-Trinkwasser­speicher. Da eine wirtschaftlich sinnvoll ausgelegte Solar­thermie-Anlage nicht den gesamten Wärme­bedarf über das Jahr abdeckt, wird sie in der Regel mit einer weiteren Wärmequelle kombiniert. Diese kann beispiels­weise eine Wärmepumpe oder ein Gas-Brennwertgerät sein.

Die am meisten verbreitete Nutzungsart der Solartechnik ist die Trinkwasser­erwärmung. Bei der Trinkwasser­erwärmung sollte der solare Deckungs­grad – also der Anteil der Wärme, der durch eine Solar­thermie-Anlage geliefert wird – etwa 60 % betragen. Über die Sommermonate wird der gesamte Trink­warm­wasser­bedarf durch die thermische Solaranlage gedeckt und die zusätzlichen Wärme­erzeuger können komplett ausgeschaltet werden.

Anlagen mit Heizungs­unterstützung liefern, besonders in den Übergangs­zeiten März bis April und September bis Oktober, einen Beitrag zur Deckung des Raum­wärme­bedarfs. In dieser Zeit besteht ein Wärme­bedarf zum Heizen und gleichzeitig liefert die Sonne noch genug Energie, um diesen zu decken. Reicht die Wärme der thermischen Solar­anlage an Tagen mit geringer Solar­strahlung oder hohem Wärme­bedarf nicht aus, liefert eine zweite Zusatz­heizung die benötigte Wärme. In den Winter­monaten, während des höchsten Wärme­bedarfs und meist niedrigerer solarer Ein­strahlung, liefern die zusätzlichen Wärme­erzeuger die erforderliche Wärme für die Trink­wasser­erwärmung sowie für die benötigte Raum­beheizung. Der solare Deckungs­grad sollte hier zwischen 30 bis 40 % liegen.

Kollektoren von Solaranlagen

Die typischen Solar­thermie-Kollektoren sind der Flachkollektor und der Vakuum-Röhrenkollektor. Diese Kollektoren unterscheiden sich stark in ihrer Bauform, dem Funktions­prinzip und ihren Wirkungs­graden. Des Weiteren gibt es noch die weniger verbreiteten Kollektoren, wie den Luft­kollektor, den Schwimm­bad­kollektor oder sogenannte Hybrid­kollektoren.

Haupt­bestand­teile eines Flachkollektors sind das Kollektor­gehäuse mit entsprechender Wärme­dämmung, Rohre in denen die Solar­flüssigkeit transportiert wird, eine Absorber­fläche und eine Glas­abdeckung. Die Sonnen­strahlung trifft durch die Glas­abdeckung auf die Absorber­fläche. Der Absorber nimmt möglichst viel Wärme auf und soll dabei möglichst wenig Wärme wieder abstrahlen. Die aufgenommene Wärme wird an die unter dem Absorber montierten Rohre abgegeben. Die Rohre sind mit Solar­flüssigkeit gefüllt, die mithilfe einer Pumpe zu einem Speicher transportiert wird. Die Solar­flüssigkeit besteht zu einem Teil aus Wasser und zum anderen Teil aus einem Frost­schutz­mittel (z. B. Glykol), um ein Einfrieren bei geringen Außen­temperaturen zu vermeiden. Die Wärme­dämmung im Gehäuse des Kollektors verhindert Wärme­verluste.

Der Aufbau eines Vakuum-Röhrenkollektors unterscheidet sich von dem eines Flach­kollektors. Vakuum-Röhren­kollektoren bestehen aus mehreren, neben­einander an­ge­ord­neten Glas­röhren, die am oberen Ende mit einer Sammel­schiene verbunden sind. Wie auch bei dem Flach­kollektor leitet ein Absorber die durch Sonnen­strahlung auf­ge­nom­mene Wärme an eine Solar­flüssigkeit weiter. Das Vakuum innerhalb der Röhre vermindert Wärme­verluste. Je nach Art des Röhren­kollektors unterscheidet man hierbei zwischen direkt durch­strömten Vakuum-Röhren­kollektoren und Heatpipe-Röhren­kollektoren. Aufgrund der Bauform und des Vakuums in den Röhren sind die Röhren­kollektoren effizienter und haben einen höheren Wirkungs­grad als die Flach­kollektoren. Der höhere Wirkungs­grad ermöglicht bei gleicher Leistung eine geringere Kollektor­fläche. Der Anschaffungs­preis einer Solar­thermie-Anlage mit Röhren­kol­lek­toren ist allerdings höher als der, für eine Anlage mit Flach­kollektoren. Manche Röhren­kollektoren-Anlagen können sogar auf Frost­schutz­mittel verzichten, und mit reinem Wasser betrieben werden.

Aperturfläche vs. Absorberfläche

Die Aperturfläche bezeichnet die gesamte von Sonne beschienene Glasfläche eines Solar­kollektors. Die Apertur­fläche bietet allerdings keine Aussage über die tatsächlich effektiv genutzte Fläche. Hierzu dient die Absorberfläche. Die Absorber­fläche, auch Netto­fläche genannt, bezeichnet nur die Fläche, die effektiv genutzt wird, um die Sonnen­einstrahlung in Wärme umzuwandeln. Die Größe der Apertur­fläche ist für die Erfüllung des Gesetzes relevant.

Hinweis: Viele Faktoren bestimmen die Kosten – örtliche Umstände, Nutzungs­verhalten, Kollektor­typ, -fläche und -qualität und Speicher­volumen. Im Durch­schnitt kostet eine Anlagen zur kombinierten Warm­wasser­aufbereitung und Heizungs­unterstützung für ein Ein­familien­haus zwischen 8.000 € und 10.000 €; wird lediglich Warmwasser aufbereitet, kostet die Anlage zwischen 3.000 € und 6.000 €. Eine kombinierte Gasbrennwert/Solar­thermie-Lösung kostet zwischen 12.000 € und 18.000 €. Um die Wirtschaft­lichkeit zu beurteilen, müssen neben Montage-, Wartungs-, Versicherungs- und Betriebskosten (Strom für die Pumpe) und etwaige Förderungen auch die Energie­einsparungen durch den Einsatz der Solar­thermie berücksichtigt werden. Die genannten Richtwerte kann man mit unserer Formular-Anfrage für eine Solarthermie-Anlage durch einen lokalen Installateur bequem für den individuellen Fall konkreti­sieren lassen.