Das Thema kurz und kompakt
Solarthermie nutzt die Wärme der Sonne für Warmwasser und Heizung.
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Was unsere Kunden sagen
Solarthermie: Was ist das?
Solarthermie beschreibt die Verwendung der Sonnenenergie, um nutzbare thermische Energie herzustellen. Dies wird durch thermische Solaranlagen erreicht, beispielsweise durch Sonnenkollektoren auf Hausdächern.
Solarthermische Anwendungen sind eine Fortführung der bereits seit der Antike genutzten Eigenschaften der Sonne. Schon in den frühesten Hochkulturen war die passive Nutzung der Sonnenwärme üblich: Gebäude wurden in warmen Klimazonen beispielsweise so gebaut, dass es keine Fenster und Türen auf der Südseite gab. So konnte die heiße Mittagssonne umgangen werden und das Hausinnere heizte nicht auf.
Heutzutage gibt es Sonnenkollektoren, in denen sich Rohre befinden, die mit Flüssigkeit gefüllt sind. Die Flüssigkeit heizt sich auf und wird in einem geschlossenen Kreislaufsystem transportiert. Die enthaltene Wärme wird dann genutzt, um Warmwasser zu erzeugen oder zu heizen.
Solarthermie oder Photovoltaik?
Von außen ist der Unterschied zwischen einzelnen solarthermischen Anlagen oft nicht sofort zu erkennen. Die Anwendungsgebiete von Solarthermie und Photovoltaik sind allerdings sehr verschieden.
Während Solarthermieanlagen Sonnenenergie in nutzbare Wärme umwandeln, erzeugen Photovoltaikanlagen aus Sonnenlicht elektrischen Strom. Dabei wird in umgekehrter Reihenfolge der gleiche Effekt verwendet, durch den Strom zu Licht in Leuchtdioden wird. Photovoltaik erzeugter Strom, der nicht im Haushalt verbraucht wird, kann dann ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Ein Plus an in Solarthermieanlagen gesammelter Sonnenenergie kann hingegen noch nicht ins öffentliche Wärmenetz abgegeben werden. Dadurch entsteht insbesondere im Sommer ein Überschuss an ungenutzter Sonnenenergie.
Beide Anlagen werden für Warmwasser und Heizung eingesetzt, wobei Photovoltaik-Anlagen zusätzlich Strom produzieren. Die CO₂-Einsparung pro Jahr bewegt sich bei beiden Solaranlagen im Bereich zwischen 65 und 125 kg/m².
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So funktioniert eine Solarthermieanlage
Auf den ersten Blick ist die Funktionsweise einer Solaranlage überschaubar: Sonnenkollektoren auf dem Dach eines Gebäudes nehmen über schwarze Absorber-Flächen die Sonnenwärme auf. In den Kollektoren verläuft ein geschlossener Kreislauf, der mit Solarflüssigkeit gefüllt ist. Diese kann auf Temperaturen von bis zu 90 °C erhitzen und zirkuliert zwischen den Kollektoren und dem sogenannten Solarspeicher. Dieser ist mit Wasser gefüllt, welches die Wärme der Solarflüssigkeit aufnimmt. Von dort aus wird das Haus mit Wärme versorgt.
Im Detail ist der Aufbau einer Solarthermieanlage etwas komplizierter. Generell besteht sie aus zwei Hauptkomponenten: den Solarkollektoren, die die Wärme aufnehmen, und dem Solarspeicher, in dem die Wärme für einige Tage gespeichert wird. Beide sind über ein Rohrsystem miteinander verbunden, das Wärme mittels der Solarflüssigkeit transportiert.
Solarflüssigkeit ist im Grunde einfaches Wasser, dem etwas Frostschutzmittel beigesetzt wird, um vor Frostschäden und zu starken Temperaturschwankungen der Flüssigkeit zu schützen. Je mehr Frostschutzmittel das Wasser enthält, desto dickflüssiger und träger wird es, was direkt die Wärmeleitfähigkeit der Solarflüssigkeit beeinflusst. Im Detail besteht Solarflüssigkeit aus Wasser und Propylenglykol. Alle 4 bis 5 Jahre sollte die Flüssigkeit ersetzt werden, um zu gewährleisten, dass nicht zu wenig des Trägermediums im Kreislauf ist oder die Solarflüssigkeit überaltert. Andernfalls kann der Frostschutz nicht mehr garantiert werden. Eine zu geringe Menge an Solarflüssigkeit lässt sich leicht am Anlagendruck erkennen.
Als zusätzliche Vorsichtsmaßnahme gibt es Ausdehnungsgefäße. Diese gleichen Volumenschwankungen und Druckveränderungen bei schwankenden und extremen Temperaturen aus.
Eine Solarpumpe bewegt die Solarflüssigkeit durch den Kreislauf – warme Flüssigkeit wird von den Kollektoren in den Speicher transportiert, während kalte Flüssigkeit vom Speicher in die Kollektoren fließt, wo sie wieder aufheizt. Es können interne oder externe Wärmetauscher eingebaut werden, die die Wärmeübertragung unterstützen. Für größere Solarthermieanlagen mit Heizungsunterstützung bieten sich dabei beispielsweise Plattenwärmetauscher an, die im Leitungssystem installiert werden.
Den Wechsel zwischen kalter und warmer Flüssigkeit in den einzelnen Modulen steuert der sogenannte Solarregler. Dieser erkennt freie Kapazitäten im Solarspeicher und setzt den Kreislauf bei Bedarf in Gang.
Solarthermie für Warmwasser und Heizung: Wo liegen die Unterschiede?
Es gibt zwei verschiedene Arten, auf die Solarthermie angewendet wird:
1. zur Erwärmung des Trinkwassers
2. zur Unterstützung der Raumheizung und zur Erwärmung des Trinkwassers.
Der Aufbau beider Varianten ist größtenteils gleich, einige entscheidende Unterschiede sollten allerdings nicht vernachlässigt werden.
Solarthermische Anlagen, die ausschließlich für Warmwasser genutzt werden, generieren ihre Wärme über Flachkollektoren. Diese sind im Vergleich günstiger in der Anschaffung und beanspruchen weniger Platz auf dem Dach. Für den Fall, dass nicht nur freie Fläche auf dem Dach fehlt, sondern auch die Dachausrichtung suboptimal ist, können Röhrenkollektoren durch ihren höheren Kollektorwirkungsgrad auch zur Warmwasserbereitung verwendet werden. Kombi-Solarthermieanlagen für Heizung und Warmwasser sind hingegen teurer und pflegeintensiver. Für sie werden generell Röhrenkollektoren verwendet, die zwar effizienter, aber größer sind. Um sie optimal zu nutzen, wird zusätzlich ein größerer Solarspeicher benötigt.
Welches System für deinen Haushalt ideal ist, hängt von verschiedenen Einflüssen ab, allen voran die Anzahl der Personen im Haushalt. Auch der energetische Zustand des Hauses ist maßgeblich – gut gedämmte Wände und Decken sind Voraussetzung für die Wirtschaftlichkeit von Solarthermieanlagen zur Heizungsunterstützung. Nicht zuletzt ist die Ausrichtung des Daches von Bedeutung. Um ausreichend Sonnenwärme einzufangen, sollte das Haus eine Süd- oder mindestens eine Süd-West-Ausrichtung haben. So wird die Sonne den Großteil des Tages genutzt.
Montagearten einer solarthermischen Anlage
Je nach verfügbarer Dachfläche und individuellen Voraussetzungen gibt es verschiedene Montagearten für solarthermische Anlagen.
Am häufigsten ist die Aufdach-Montage, bei der die Kollektoren auf dem Dach angebracht werden. Durch die Installation auf dem Dach ist diese Variante gut zur Nachrüstung einer Solarthermie geeignet. Wer die Optik des Hauses nicht stören möchte, kann alternativ auf die Indach-Integration zurückgreifen. Dabei wird das vorhandene Dach teilweise oder vollständig durch Solarkollektoren ersetzt. Die Kollektoren haben das Aussehen und die Funktion eines Dachziegels und werden auf den Traglatten des Daches angebracht.
Für Flachdächer typisch ist die Aufständerung. Die Solarkollektoren werden hierfür auf einer Stützvorrichtung installiert, welche dann auf dem Dach befestigt wird. So trifft die Sonne im richtigen, nutzbaren Winkel auf die Kollektoren auf. Alternativ können Solarkollektoren auch auf freien Flächen installiert werden – primär wird diese Variante für landwirtschaftlich ungenutzte Flächen genutzt, um Wärmeenergie zu erzeugen.
Zusätzliches Einsatzgebiet: Solarthermische Kühlung
Solare Kühlung ist eine praktische Funktion von Solarthermieanlagen. Das Grundprinzip ist ähnlich wie das eines Kühlschranks: Ein Kältemittel verdunstet und setzt dabei Energie frei. Diese wird dann genutzt, um die Temperatur zu senken. Dafür wird eine Kältemaschine verwendet, die mit Sonnenenergie betrieben wird. Das Kältemittel zirkuliert und hat einen kühlenden Effekt, wenn es verdampft. In Gasform wird es in den warmen Bereich geleitet und kondensiert dort. Mit der solarthermischen Anlage wird die Kondensation aufgehoben und der Kreislauf geschlossen.
Kurz gesagt, wird also die Solarthermie als Energiequelle einer Kältemaschine verwendet.
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Ist mein Haus bzw. Dach für Solarthermie geeignet?
Damit die Sonnenwärme optimal genutzt werden kann, muss der Lauf der Sonne beachtet werden. Im Detail bedeutet das: Dachflächen sollten nach Süden, Südwesten oder Südosten ausgerichtet und so unverschattet wie möglich sein, damit die Sonnenstrahlung optimal genutzt werden kann. Schatten von Bäumen oder anderen Gebäuden, die auf das Hausdach fallen, beeinflussen die Leistung der Solaranlage negativ.
Außerdem ist die Neigung des Daches ausschlaggebend, da die Sonnenstrahlung in einem bestimmten Winkel auf der Erde auftrifft. Dächer mit Neigungen zwischen 30 und 60 Grad sind daher ideal, da so der größte Teil der Strahlung genutzt werden kann.
Auch die Größe der Dachfläche ist wichtig. Je nach Solarthermieanlage ändert sich auch die benötigte Fläche. Für Flachkollektoren, die ausschließlich für die Warmwasserbereitung genutzt werden, wird mit einer Dachfläche von 1,5 m² pro Bewohner gerechnet. Zur Warmwasseraufbereitung mit Röhrenkollektoren sind 0,8 bis 1,0 m² pro Bewohner einkalkuliert. Bei Röhrenkollektoren, die zusätzlich die Heizung unterstützen, sollten hingegen 4 bis 6 m² pro Bewohner verfügbar sein.
Die nutzbare Dachfläche ergibt sich bei Abzug von Fenstern sowie Schornsteinen und dem Abstand zur Dachkante (1 m). So haben die meisten Häuser in Deutschland eine nutzbare Dachfläche von mindestens 30 m²: Für einen 4-Personen-Haushalt, der Warmwasser und Heizungswärme anteilig von der eigenen Solaranlage bezieht, ergeben sich also 24 m² Dachfläche, die mit Sonnenkollektoren ausgestattet werden müssen.
Kosten einer Solarthermieanlage
Die Kosten für eine Solarthermieanlage schwanken je nach gewählter Anlage und Qualität der einzelnen Module. Für den nachträglichen Einbau einer Warmwasser-unterstützenden Solaranlage müssen 3 bis 6 m² Dachfläche und 6.000 bis 10.000 € Einbaukosten angenommen werden. Mit den Kollektoren für Warmwasser und Heizung steigt auch der Einbaupreis: Für eine voll funktionsfähige Solarthermieanlage mit Röhrenkollektoren sind zwischen 9 und 20 m² Dachfläche und ein Einbaupreis von 9.000 bis 17.000 € einzuplanen. Die Gesamtkosten berechnen sich dabei aus den Kollektoren selbst, dem Solarspeicher und -regler, der Solarpumpe, dem Ausdehnungsgefäß, den Leitungen und den Installationsarbeiten.
Eine Solarthermieanlage selbst zu bauen, ist natürlich in der Theorie möglich und spart Kosten. In der Praxis sind Solaranlagen jedoch komplexe Systeme, die nur dann ihre volle Wirtschaftlichkeit erreichen, wenn sie korrekt installiert werden. Da die Solarkollektoren außerdem auf dem Dach angebracht werden, ist die unbeaufsichtigte Installation sehr gefährlich. Auch bei der Verlegung des Röhrensystems und der Vernetzung der Einzelteile können schnell Fehler entstehen, die die Wartung erschweren und die Funktionsweise der Solaranlage beeinträchtigen können. Obwohl es also die einzelnen Module frei verkäuflich gibt, ist ohne ausgebildete Unterstützung davon abzuraten, eine Solarthermie-Heizung selbst zu bauen und zu installieren.
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Welche Förderungen gibt es für Solarthermie?
Um mehr Hausbesitzer:innen dafür zu begeistern, ihre Häuser mit Solarthermieanlagen nachzurüsten oder ihre Neubauten direkt mit Solaranlagen auszustatten, gibt es mehrere unterschiedliche Förderstellen.
Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) gewährleistet eine Förderung von bis zu 70 % auf alle förderfähigen Kosten. Die Bundesregierung hat eine Grundförderung von 30 % für den Einbau einer nachhaltigen Heizungsanlage eingeführt. Diese Grundförderung kann um einen Geschwindigkeitsbonus von bis zu 20 % aufgestockt werden – Dieser gilt zwischen 2024 und 2028 und wird in den folgenden Jahren schrittweise reduziert. Außerdem gibt es für Haushalte, die weniger als 40.000 € jährliches Einkommen haben, einen zusätzlichen Bonus von 30 %. Damit sind bis zu 70 % Förderung möglich.
Enter unterstützt dich im Rahmen eines individuellen Sanierungsfahrplans (iSFP) dabei, die maximale Förderung für deine Baumaßnahmen zu erhalten.
Voraussetzung ist die Einbindung von Energieeffizienz-Expert:innen, die die Förderung beantragen und dann die umgesetzten Baumaßnahmen prüfen. Die Beratung zur Energieeffizienz ist in jedem Fall sinnvoll, da so auch der energetische Zustand des Hauses geprüft wird, bevor eine Solarthermie nachgerüstet wird.
Übrigens: Das Solar Keymark zeigt, dass das solarthermische Produkt die entsprechenden europäischen Normen erfüllt. Das bedeutet zuverlässige Qualität, glaubwürdige Informationen über die Leistung und meist auch die Erfüllung der Anforderungen für die Förderung.
Die Mindestinvestition für die BEG-Fördermittel muss 2.000 € betragen. Für Heizung und Warmwasser mit Solarthermie ist die Förderung auf maximal 30.000 € pro Wohneinheit begrenzt.
Die KfW genehmigt außerdem Kredite zur Sanierung von Altbauten sowie für energieeffiziente Neubauten. Für ein Effizienzhaus gibt es einen Kredit von bis zu 150.000 € je Wohneinheit und einen Tilgungszuschuss zwischen 5 und 25 %. Seit 2022 gilt diese Förderung für Neubauten nur noch in Kombination mit dem Qualitätssiegel für nachhaltiges Bauen.
Einsparung durch eine Solarthermieanlage
Solarthermieanlagen funktionieren mit Solarenergie, einem gewissermaßen unbegrenzt zur Verfügung stehendem Heiz-Rohstoff. Mit einer solchen Solaranlage wird Sonnenenergie direkt in Form von Heizung oder Warmwasser für das Gebäude genutzt. Damit sinken auf Dauer die Heizkosten und die Verwendung von fossilen Brennstoffen wie Heizöl oder Erdgas – das spart etwa 65 bis 125 kg CO₂ pro Quadratmeter einer Anlage.
Was auf diese Weise an Energiekosten eingespart werden kann, hängt unter anderem von den aktuellen Energiepreisen, der Verbrauchssituation, den Gebäudeeigenschaften und der Haustechnik ab. Die Beschaffungs- und laufenden Instandhaltungskosten stehen dem zwar direkt gegenüber, werden aber durch öffentliche Fördermittel wie von der BAFA oder der KfW teilweise getragen.
Es ist leider nicht genau vorherzusagen, zu welchem Zeitpunkt die so erreichten Einsparungen die Investition in eine Solarthermieanlage ausgeglichen haben. Ein annähernder Wert kann allerdings durch eine Energieberatung und einen Sanierungsfahrplan festgestellt werden. Diesen nennt man Amortisationszeit.
Wie viel der empfangenen Sonnenenergie kann effektiv genutzt werden?
Das Verhältnis zwischen eingesetzter und nutzbarer Energie, also der Sonnenenergie, die theoretisch von den Kollektoren aufgenommen werden kann, und der tatsächlich brauchbaren, genutzten Energie für den Haushalt, wird auch Wirkungsgrad genannt. Dieser bezieht sich entweder auf den Wirkungsgrad der Solarkollektoren oder den Wirkungsgrad der gesamten Anlage. Der Wirkungsgrad von Solarkollektoren beträgt etwa 50 %. Im Grunde kann ein Kollektor also die Hälfte der Sonnenenergie aufnehmen, mit der er konfrontiert wird, und diese in nutzbare Wärme umwandeln.
Wenn es um die gesamte Anlage geht, berechnet sich der Wirkungsgrad etwas komplizierter. Die meiste Energie erzeugt eine Solarthermieanlage natürlich im Sommer – allerdings ist das auch die Zeit im Jahr, in der Hausbesitzer:innen am wenigsten Energie für Heizung und Warmwasser benötigen. Es kommt dann also zu einem Überschuss an nicht genutzter Energie, wodurch der Wirkungsgrad der gesamten Anlage sinkt. Dementsprechend erreichen Solarthermieanlagen für Warmwasser im Schnitt einen Wirkungsgrad von 50 % und Kombi-Anlagen für Warmwasser und Heizung einen von 25 bis 30 %.
Worauf muss ich bei der Planung und beim Bau einer Solarthermieanlage achten?
Damit das gesamte Energiepotential einer Solarthermieanlage ausgenutzt werden kann, muss vorher unbedingt abgeschätzt werden, wie viel Wärme überhaupt benötigt wird. Als ungefähre Orientierung gilt: Die Anlage lieber etwas kleiner planen.
Dennoch muss natürlich eine ausreichend große Fläche für die Kollektoren und gegebenenfalls einen Trinkwasser- bzw. Pufferspeicher vorhanden sein. Im Zuge dessen sollte geklärt werden, ob sich das Dach für eine Solaranlage eignet. Jedes Dach muss vorher statisch überprüft werden.
Durch die starken Schwankungen der Sonnenenergie und damit der erzeugten Wärme ist auch immer eine weitere Heizmöglichkeit notwendig. Welche dafür Infrage kommen, schlüsseln wir weiter unten auf. Vorab lässt sich jedoch festhalten, dass sich vorwiegend Kombinationen mit einem modernen und effizienten Brennwertkessel (Gas- oder Ölheizung) energetisch anbieten.
Bei Nachrüstung einer solarthermischen Anlage ist es wichtig, die hydraulische Anbindung des Röhrensystems genau an das bestehende Heizsystem anzupassen. Die Leitungen vom Dach zum Speicher sollten so kurz und gut gedämmt wie möglich sein. Dabei ist wichtig, dass die Wärmedämmung auch sehr hohe Temperaturen aushält und wetter- und UV-beständig ist. Gleiches gilt für den Speicher und dessen Anschlüsse.
Welche Kombinationsmöglichkeiten von Solarthermie gibt es?
Um auch im Winter zuverlässig heizen zu können, kann Solarthermie nicht die einzige Heizmöglichkeit im Haus sein. Die Kombinationsmöglichkeiten sind allerdings sehr flexibel, wodurch auch das Nachrüsten einer Solaranlage kein Problem ist.
- Solarthermie und Öl- oder Gasheizung: Diese Hybridheizungen sind besonders weit verbreitet, da beide Heizsysteme Wärme erzeugen. Mit solarthermischer Heizungsunterstützung schaltet sich die Gas- oder Ölheizung immer nur dann ein, wenn die Solaranlage nicht ausreichend Wärme erzeugt und der Solarspeicher leer ist.
- Solarthermie und Pelletheizung oder Erdwärme: Diese Kombinationen sind besonders umweltfreundlich, da beide Heizsysteme ihre Wärme aus regenerativen Energien beziehen. Auch hier wird ein gemeinsamer Kombispeicher genutzt, der zunächst von der Solaranlage aufgeladen wird. Erst bei leerem Speicher und ungenügender Sonnenenergie aktivieren sich die Heizalternativen.
- Solarthermie und Photovoltaik: Zur gemeinsamen Strom- und Wärmeerzeugung kann auf Hybrid-Solarkollektoren zurückgegriffen werden. In diesen sind die Solarkollektoren so aufgeteilt, dass ein Teil zur Stromerzeugung mittels Photovoltaik und ein Teil zur Wärmeerzeugung mittels Solarthermie verwendet wird.
Alles in allem ist eine Solaranlage für Warmwasser und Heizungsunterstützung also definitiv sinnvoll und lohnenswert.
Vor- und Nachteile einer Solarthermieanlage
Als moderne Heizanlage bietet die Solarthermie einige Vorteile, allen voran ihre Umwelt- und Klimafreundlichkeit. Neben Heizkosten reduzieren sich auch CO₂-Emissionen merklich und auf lange Sicht, da hochwertige Solaranlagen mindestens 20 Jahre lang zuverlässig funktionieren. Durch staatliche Förderungen und zinsgünstige Kredite ist die Installation zusätzlich attraktiv.
Dennoch sind Solaranlagen wetter- und standortabhängig und haben hohe Investitionskosten, die mit dem angestrebten Wirkungsgrad steigen. Wenn Solarthermie an die bestehende Heizung angeschlossen werden soll, fallen notwendige Umbauten an, die Unkosten aufwerfen.
Außerdem ist zu beachten, dass eine Solarthermie als alleinige Heizung nicht funktioniert. Da sie immer nur einen Teil der benötigten Wärme erzeugen und vor allem im Winter durch die verkürzten Tage weniger Sonnenenergie verarbeiten kann, muss eine Solarthermie immer auch mit anderen Heizmöglichkeiten kombinierbar sein.
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