Aus Sonnenstrahlen Wärme zum Heizen oder für Warmwasser gewinnen – das ist das Prinzip der Solarthermie. COMPUTER BILD erklärt, wie eine Solarthermieanlage funktioniert und mit welchen Kosten zu rechnen ist.
Die Sonne als Energiequelle nutzen – das funktioniert auf verschiedene Arten. Während eine Photovoltaikanlage Solarenergie zur Stromerzeugung nutzt, wandelt eine Solarthermieanlage sie in Wärme um. Das Prinzip, Sonnenstrahlen zur Erwärmung von Wasser zu nutzen, kannten die Menschen bereits in der Antike; sie nutzten einfache Solarspiegel zur Bündelung der Strahlen und richteten sie auf einen Punkt.
Die heutige Form der Solarthermie basiert auf dem Prototyp eines Solarkollektors, den der Schweizer Forscher Horace-Bénédict de Saussure im 18. Jahrhundert entwickelte und unter anderem für Gewächshäuser nutzte. COMPUTER BILD hat sich angeschaut, wie die umweltfreundliche Technologie funktioniert und klärt die wichtigsten Fragen zu Voraussetzungen, Kosten und Fördermöglichkeiten.
Das Wichtigste in Kürze
- Eine Solarthermieanlage nutzt Sonnenlicht zur Wärmegewinnung. Je nach Anlage und Speichertyp wird die Wärmeenergie fürs Warmwasser oder als Unterstützung für die Heizung verwendet.
- Eine Nutzung als Solarthermie-Heizung erfordert einen deutlich größeren Speicher und größere, komplexere Solarthermie-Kollektoren. Entsprechend höher sind die Investitionskosten.
- Ob sich eine Solarthermieanlage lohnt, hängt von verschiedenen Faktoren ab, unter anderem von der Ausrichtung des Dachs, der Personenanzahl im Haushalt, der Größe des Hauses, dem Energieverbrauch sowie der Höhe der verfügbaren Förderung.
- Eine Solarthermieanlage ist im Rahmen der neuen Bundesförderung für effiziente Gebäude – Einzelmaßnahmen (BEG EM) förderfähig.
Was ist eine Solarthermieanlage und wie funktioniert sie?
Solarthermie bedeutet, mit Sonnenenergie Wärme zu erzeugen und diese zum Erwärmen von Trink- und Duschwasser oder als Unterstützung der Heizung zu nutzen. Eine Solarthermieanlage funktioniert vereinfacht gesagt so: Flache oder röhrenförmige Wärmekollektoren auf dem Dach absorbieren das einfallende Sonnenlicht.
Sie leiten mithilfe einer Pumpe die entstehende Wärme über ein mit Flüssigkeit gefülltes Rohrleitsystem, wobei über einen Wärmetauscher die Flüssigkeit im Solarspeicher erwärmt wird. Von dort kann das Warmwasser etwa zum Duschen oder Heizen genutzt werden. Die Solarthermieanlage kommt in der Regel in Kombination mit einer herkömmlichen Heizungsanlage zum Einsatz
Aus welchen Komponenten besteht eine Solarthermieanlage?
Eine Solarthermieanlage besteht aus Solarkollektoren, einem Rohrleitungssystem, einer Pumpe, einem Speicher (Trinkwasserspeicher, Pufferspeicher oder Kombispeicher) und einem Wärmetauscher. Zusätzlich sorgen ein oder mehrere Ausdehnungsgefäße dafür, Druckveränderungen oder Volumenschwankungen auszugleichen
Die Solarkollektoren sind der zentrale Bestandteil der Solarthermieanlage und werden auf dem Dach installiert. Bei der Nutzung für Warmwasser kommen in der Regel Flachkollektoren zum Einsatz, bei der zusätzlichen Heizungsunterstützung die etwas komplexeren Vakuumröhrenkollektoren. Unter der Glasoberfläche beziehungsweise in den Röhren befindet sich eine dunkel beschichtete Metalloberfläche, die die Sonnenstrahlung absorbiert.
Die entstehende Wärme leiten die Solarthermie-Kollektoren über ein Rohrleitungssystem weiter. In diesem System fließt eine Flüssigkeit (üblicherweise Wasser und Frostschutzmittel), die die Wärme bis zum Solarspeicher leitet, wobei ein Wärmetauscher sie überträgt. Es gibt Trinkwasserspeicher, Pufferspeicher oder Kombispeicher. Der Speichertyp hängt von der Anwendung ab – ob für Warmwasser, Heizungsunterstützung oder beides.
Ein zusätzlicher Gasheizkessel sorgt dafür, dass die Anlage den Warmwasserbedarf des Haushalts auch an Tagen mit geringer Sonneneinstrahlung deckt. Den gesamten Kreislauf hält die Solarkreispumpe in Bewegung. Ein Steuerungssystem regelt den Betrieb der Anlage, insbesondere die Pumpe und die Integration mit der zusätzlichen Heizquelle.
Taugt Solarthermie nur für Warmwasser oder auch zum Heizen?
Primär sind Solarthermieanlagen auf die Erwärmung von Trinkwasser ausgelegt. Laut Verbraucherzentrale kann ein Haushalt – abhängig von der Größe der Anlage und vom Verbrauch – rund die Hälfte der für den Warmwasserbedarf benötigten Energie mit Solarthermie erzeugen.
Daneben gibt es Anlagen mit solarer Heizungsunterstützung. Das bedeutet, dass Sie die erzeugte Wärme nicht nur für Warmwasser, sondern auch zur Unterstützung der Heizen nutzen können. Wie hoch der Anteil ist, den die Solarthermie am gesamten Heizbedarf übernehmen kann, hängt von der Ausrichtung der Anlage, der Größe der Kollektoren, dem Verbrauch und der Temperatur der Heizkörper ab.
Welche Arten von Solarspeichern nutzt man für Solarthermie?
Neben den Kollektoren auf dem Dach ist der Solarspeicher das zweite zentrale Element der Solarthermieanlage. Er überbrückt die Zeit zwischen Entstehung der mit Sonnenenergie erzeugten Wärme und ihrer Nutzung in Form von Warmwasser zum Duschen oder Heizen mit möglichst geringen Temperaturverlusten.
Folgende Typen sind besonders verbreitet: Ein Trinkwasserspeicher genügt, wenn die Solarthermieanlage nur für die Warmwassergewinnung benutzt wird. Dient sie hingegen der Heizungsunterstützung, ist ein deutlich größerer Pufferspeicher erforderlich, der mit Heizungswasser gefüllt ist. Es besteht die Möglichkeit, dass ein Pufferspeicher nach dem Durchlaufprinzip ach Trinkwasser erwärmt.
Kombispeicher bestehen aus einem Tank-in-Tank-System: Innerhalb von einem größeren Wärmespeicher für die Heizung steckt hierbei ein Trinkwasserspeicher. Sie speichern die Wärme der Solarthermieanlage, puffern die Heizungswärme und erwärmen zugleich das Trinkwasser. Des Weiteren gibt es Schichtenspeicher und Langzeitspeicher.
Ist mein Dach für Solarthermie geeignet?
Einer der Faktoren, der über den Effizienzgrad und die Wirtschaftlichkeit einer Solarthermieanlage entscheidet, ist ein geeignetes Dach für die Kollektoren. Ausrichtung und Neigung sind, ähnlich wie bei einer Photovoltaikanlage, die wichtigsten Aspekte: Ideal sind Dachflächen mit Südausrichtung, auch Südost- oder Südwestausrichtung sind möglich und ertragreich. Haben Sie hingegen eine Dachfläche mit Ost- oder Westausrichtung, müssen Sie mit einem rund 25 Prozent niedrigeren Ertrag rechnen. Beim Neigungswinkel liegt der Optimalbereich zwischen 30 und 60 Grad.
Grundsätzlich ist die Installation einer Solarthermieanlage sowohl bei Alt- als auch bei Neubauhäusern möglich, und auch ein Flachdach ist kein Ausschlusskriterium. In diesem Fall wird die Solarthermieanlage aufgeständert. Klären Sie in jedem Fall vorab, ob Ihr Flachdach geeignet ist. Wichtige Kriterien sind Statik und Regenwasserdichtheit.
Unabhängig davon, ob Flach-oder Spitzdach: Stellen Sie vor der Installation einer Solarthermieanlage sicher, dass Ihr Dach ausreichend gedämmt ist. Eine gute Dämmung ist auch das A und O für die Leitungen vom Dach bis zum Wärmespeicher, damit möglichst wenig Wärme verloren geht, sowie für den Solarspeicher und die angeschlossenen Komponenten.
Solarthermie vs. Solaranlage: Die Vor- und Nachteile beider Systeme
Sowohl Solaranlagen als auch Solarthermieanlagen müssen auf dem Dach installiert werden und stehen deshalb in Konkurrenz um die vorhandene Fläche. Wer ausreichend Platz und finanzielle Mittel hat, kann natürlich beide Anlagen parallel nutzen. Alle anderen sollten die Vor- und Nachteile beider Systeme gegeneinander abwägen.
- Der grundlegende Unterschied: Solaranlagen produzieren Strom, Solarthermieanlagen Wärme für Warmwasser und gegebenenfalls auch die Heizung. Zwar können Sie auch mit einer Solaranlage in Verbindung mit einem Heizstab oder einer Wärmepumpe Warmwasser erzeugen, allerdings ist dies nicht der Hauptzweck, daher sollten Sie eine solche Planung im konkreten Einzelfall von Fachleuten prüfen lassen.
- Die Vorteile der Solaranlage: Photovoltaiksysteme sind auf Dächern hierzulande deutlich verbreiteter als Solarthermie. Das Produkt ist insgesamt ausgereifter und bei einer Vielzahl an Anbietern erhältlich. Zu den Vorteilen der PV-Anlagen gehören weiterhin ihre vergleichsweise einfache Technik und Installation: Es sind keine gedämmten Rohre vom Dach bis in den Keller notwendig. Zudem lassen sie sich leicht erweitern.
- Zu den Vorteilen der Solarthermie zählt insbesondere ihre Umweltfreundlichkeit: Wer Solarthermie nutzt, reduziert den Verbrauch fossiler Brennstoffe und verhindert CO2-Emissionen. In puncto Wirkungsgrad sind Solarthermieanlagen sogar effizienter als Solaranlagen. Auf den Quadratmeter gerechnet ist der Energieertrag von Solarthermie höher als der von Photovoltaik. Die Kosteneinsparungen, die Sie mit der Wärmeerzeugung durch Solarthermie erzielen, machen sich vor allem bei steigenden Energiepreisen oder Inflation bemerkbar: Je teurer Energie ist, umso mehr sparen Sie.
- Ein deutlicher Nachteil der Solarthermie: Überschüssige Wärme können Sie – im Gegensatz zu überschüssigem Strom bei Solaranlagen – nicht ins öffentliche Netz einspeisen. Die Installation ist aufwendiger, teils sind Umbauten nötig, um die Solarleitung vom Kollektor zum Solarspeicher zu verlegen.
Solarthermie Kosten: Wie teuer ist eine Anlage?
Welche Kosten Solarthermie in der Anschaffung verursacht, hängt von der Größe und Anzahl der Kollektoren, der Speichergröße, der Nutzung (nur Warmwasser oder auch Heizung) und den baulichen Gegebenheiten ab. Die Verbraucherzentrale setzt für ein durchschnittliches Einfamilienhaus folgende Referenzwerte an:
Solarthermieanlage für Warmwasser
- Kollektorgröße: 3 bis 6 Quadratmeter
- Speichergröße: 250 bis 350 Liter
- Einbaukosten im Altbau: 6.000 bis 10.000 Euro
Solarthermieanlage für Warmwasser und Heizung
- Kollektorgröße: 9 bis 20 Quadratmeter
- Speichergröße: 500 bis 1.500 Liter
- Einbaukosten im Altbau: 9.000 bis 17.000 Euro
