Solarthermie: Diese Vor- und Nachteile gibt es

Knapp 2,5 Millionen Haushalte nutzen Solarthermie. Die Wärmeleistung dieser Anlagen summiert sich auf 14,4 Gigawatt. In den letzten Jahren hat die Solarthermie stetig an Bedeutung verloren – durch den Aufschwung von Wärmepumpen und Photovoltaik. Für das laufende Jahr erwarten die beiden Branchenverbände der Deutschen Heizungsindustrie (BDH) und der Solarwirtschaft (BSW) aber wieder einen Nachfrageschub bei solarthermischen Anlagen, so wie bereits im Jahr 2021.

Welche Gründe das hat und welche Vorteile und Nachteile die Gewinnung von Wärme und Warmwasser durch die Solarthermie mit sich bringen, lesen Sie hier.

Verschärfte Anforderungen an neue Heizsysteme

Für die gestiegene Nachfrage nach der Solarthermie sind sicherlich auch die in den letzten Monaten drastisch gestiegenen Öl- und Gas-Preise verantwortlich. Hinzu kommt, dass die bis 2025 jährlich steigende CO₂-Abgabe die fossilen Brenn- und Kraftstoffe zusätzlich verteuert. Außerdem bereitet die Bundesregierung diverse Maßnahmen vor, um den CO₂-Ausstoß im Gebäudewärmebereich zu reduzieren und Deutschland rasch unabhängiger von fossilen Brennstoff-Importen zu gestalten. Dazu wird es im Wesentlichen eine Neujustierung des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) sowie von Fördermaßnahmen geben.

Viele der genannten Effekte und Maßnahmen werden auch die Attraktivität von solarthermischen Anlagen erhöhen. Denn durch die Solarthermie lassen sich nicht nur Brennstoffverbrauch und -kosten senken, sondern es ermöglicht den Haushalten auch, sich bei der Gewinnung von Wärme für die Heizung und Warmwasser unabhängiger von den fossilen Energieträgern zu machen.

Welche Solarthermieanlage für welches Dach?

Die Nutzung von thermischen Solaranlagen zur Produktion von Wärme für die Heizung ist in fast allen deutschen Regionen mit Flach- und Vakuumröhrenkollektoren möglich, denn die Sonneneinstrahlung liegt durchschnittlich bei jährlich etwa 1.000 kWh/m². Letztlich entscheiden die konkreten Standortbedingungen, die eingesetzte Technik und die effiziente Einbindung in das Heizsystem des Gebäudes über die tatsächliche Höhe des Solarertrags durch die Solarthermie. Generell wichtig ist, dass keine Schatten dauerhaft auf die Kollektoren der Solaranlage fallen.

Zur solarthermischen Nutzung ist grundsätzlich eine zwischen Südost und Südwest ausgerichtete Dachfläche mit einer Neigung von etwa 30 bis 70 Grad am besten geeignet, abhängig auch von Anlagentyp und Art des Kollektors. Falls eine Solarthermieanlage nur die Trinkwassererwärmung hauptsächlich während der Sommermonate übernehmen soll, empfiehlt sich ein Neigungswinkel von rund 30 bis 50 Grad. Steht die Funktion der Unterstützung der Heizung im Vordergrund, die meist im Frühjahr und Herbst genutzt wird, ist eine Neigung von rund 45 bis 70 Grad geeigneter.

Bei steileren Neigungen auf dem Dach erhöht sich der Strahlungseinfall auf den Kollektor in der Übergangszeit und im Winter, weil dann die Sonne flacher steht. Gleichzeitig reduzieren sich dadurch die sommerlichen Solarwärme-Überschüsse. Mit Blick auf die höheren Außentemperaturen an winterlichen Nachmittagen ist bei der Heizungsunterstützung durch die Solarthermie ein nach Südwest ausgerichtetes Dach günstiger als ein nach Südost orientiertes.

Auslegung und Deckungsanteile von Solarthermieanlagen

Reine Trinkwassererwärmungsanlagen werden auf einen solaren Jahresdeckungsanteil von 50 bis 60 % ausgelegt, von Mai bis August beträgt der Deckungsanteil oft 100 %.

Abschätzen lässt sich die Speicher- und Kollektorgröße für die Solarthermie z.B. mit der „Faustregel“ des BDH-Informationsblatts Nr. 17: Zur Ermittlung des Speichervolumens wird im ersten Schritt der Tagesbedarf für Warmwasser aller im Haus lebenden Personen addiert. Für das benötigte Speichervolumen wird dann der 1,5- bis 2-fache Tagesbedarf angesetzt.

Ebenfalls mit einer „Daumenregel“ lässt sich aus dem Speichervolumen die Kollektorfläche ermitteln: pro 100 l Speichervolumen wird eine 1,5 m² Flach- bzw. 1,0 m² Röhrenkollektorfläche benötigt.

Die Auslegung einer kombinierten Solaranlage zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung („Kombi-Anlage“) ist mit einfachen Faustformeln allerdings nicht mehr abbildbar, weil es zu viele Einflussfaktoren gibt, wie z. B.:

• Bedarf an Warmwasser
• gewünschte solare Deckung für Trinkwarmwasser und Heizung
• Kollektortyp der Solaranlage (Flachkollektor oder Röhrenkollektor)
• Standort und Wetterbedingungen
• Ausrichtung und Neigung der Kollektorfläche
• Heizlast des Gebäudes
• Auslegungstemperaturen der Heizkreise

Im Normalfall sollte die Kollektorfläche bei der Solarthermie nicht zu groß ausgelegt werden, um sommerliche Wärmeüberschüsse in einem vertretbaren Rahmen zu halten. Würde die Anlage zu groß ausgelegt, ist das nicht nur in der Investition unnötig teuer. Bei hoher Sonneneinstrahlung verbleibt nicht nutzbare Wärme in den Kollektoren, sodass die Anlage überhitzen könnte. Wichtig ist zudem, dass die Größe von Kollektoren und Speicher genau aufeinander abgestimmt wird.

Die optimale Auslegung gelingt umso besser, je niedriger die Heizkreistemperaturen, Warmwassertemperatur und Gebäudeheizlast sind. Bei üblicher Dimensionierung decken Kombi-Anlagen durch die Solarthermie etwa 15 bis 30 % des Gesamtwärmebedarfs – abhängig vom energetischen Standard des Gebäudes.

Bei Niedrigstenergie- und Passivhäusern kann der solare Deckungsanteil bei zirka 40 bis 70 % liegen. Spezielle Sonnenhäuser erreichen sogar bis zu 100 %, wobei dann Wasserspeicher mit mehreren tausend Litern Inhalt zum Einsatz kommen.

Auswahl und Dimensionierung von Speichern

Der Solarspeicher dient zur Aufbewahrung des solar erwärmten Wassers, bis es im Haus für die Heizung oder zur Warmwasserbereitung benötigt wird. Gute Speicherdämmungen und ausgeklügelte Konstruktionen für eine optimierte Einschichtung der solaren Wärme erhöhen die Energieeffizienz bei der Solarthermie deutlich. Ein Beispiel für solch einen Speicher ist der Schichtenpufferspeicher WOLF BSP. Diesen gibt es auch als optimierte Varianten für Wärmepumpen: BSP-W.

Wichtig: Bei der Auswahl des Solarspeichers sind auch Abmessungen, Kippmaße und Gewicht zu berücksichtigen, damit er durch Treppenhäuser und Türen sowie in den Aufstellraum passt.

Die Dimensionierung des Speichers bei der Solarthermie muss immer beiden Wärmeerzeugern gerecht werden, was insbesondere für die Kombination mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe gilt. Denn in so einem Fall erfüllt ein Pufferspeicher zusätzliche Aufgaben wie z. B. die Überbrückung von Sperrzeiten der Energieversorger oder die Pufferung von Wärmeenergie für den Abtauvorgang.

Hinweis: Bei der Bestimmung der Nennleistung des Haupt-Wärmeerzeugers wird eine solare Heizungsunterstützung nicht berücksichtigt.

Solarthermie: Vorteile und Nachteile im Überblick

Vorteile der Solarthermie

Eine Solarthermieanlage, die ein fossiles Öl- oder Gas-Brennwertgerät unterstützt, bietet viele Vorteile:

• Nach zwei bis vier Jahren hat sich der Energieaufwand für die Herstellung amortisiert.
• Sobald sich die Anlage auch wirtschaftlich amortisiert hat, liefert sie sozusagen kostenlos umweltfreundliche Wärme durch die Solarthermie bei nur minimalem Stromverbrauch für die Pumpe. Die Lebensdauer der Kollektoren kann 25 Jahre und länger betragen.
• Der Brennstoffverbrauch und damit die Heizkosten verringern sich. Zudem besteht ein gewisser Kostenschutz bei (weiter) steigenden Brennstoffpreisen.
• Der Ausstoß an Treibhausgasen und auch von Feinstaub, insbesondere in Verbindung mit zentralen Holzheizsystemen, wird reduziert.
• Der Kessel kann im Sommer und eventuell in der Übergangszeit komplett abgeschaltet bleiben. Die daraus resultierende Laufzeitverringerung des Hauptwärmeerzeugers erhöht dessen Lebensdauer. In Verbindung mit Scheitholzheizsystemen ergibt sich zudem eine Komfortsteigerung.
• Das Takten des Hauptwärmeerzeugers wird verringert, was sich günstig auf Lebensdauer und Effizienz auswirkt.
• Eine (teilweise) Versorgung des Gebäudes mit Warmwasser und Heizwärme ist tagsüber und nachts selbst beim Ausfall des Kessels möglich: mittels direkt gewonnener Solarwärme sowie in Verbindung mit einem großvolumigen Puffer-/Solarkombispeicher.
• Durch den Einsatz moderner Regelungstechnik, wie dem SM-2 von WOLF, lässt sich die Solarwärme intelligent und sparsam nutzen: Das Be- und Entladen des Solarspeichers wird an die Witterung und das Verbrauchsverhalten angepasst. Praktisch ist zudem eine Funktion zur Ertragsüberwachung und -optimierung per App und Smart-Home-Einbindung.
• Hausbewohner schwärmen oft vom guten Gefühl, das sie beim Heizen und Duschen mit dem solar erwärmten Wasser haben.

Nachteile der Solarthermie

Allerdings sind auch kritische Aspekte zu beachten. Das sind die Nachteile der Solarthermie:

• Nicht jedes Gebäude ist aufgrund seiner Ausrichtung für eine Solarthermieanlage geeignet.
• Es sind in der Regel bauliche Maßnahmen für die Leitungen zwischen Dach und Speicher nötig.
• Die Solaranlage muss regelmäßig gewartet werden.
• Es besteht ein konkurrierendes Verhältnis der thermischen Solaranlage zur Photovoltaik-Anlage bei der verfügbaren Dachfläche.

Fazit

Die Investition in eine Solarthermieanlage ist langfristig gesehen eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Entscheidung – insbesondere als Ergänzung im Rahmen einer Heizungsmodernisierung. Insbesondere bei der nachträglichen Erweiterung eines bestehenden, neueren Öl- und Gasbrennwert-Heizsystems profitiert der Eigentümer von staatlicher Förderung und von geringeren Brennstoffkosten. Und er verbessert durch Solarthermie die Umweltbilanz seiner Heizung vor allem mit Blick auf den CO₂- und Feinstaub-Ausstoß.

Solarthermische Kollektoren bestehen aus langlebigen und umweltfreundlichen Materialien. Sie liefern meist mehr als 25 Jahre kostenfreie und CO₂-freie Wärme, wobei der Wartungsaufwand überschaubar ist: Der Fachmann muss von Zeit zu Zeit vor allem den Anlagendruck checken sowie den Zustand von Solarflüssigkeit und Solarkreispumpe bei der Solaranlage überprüfen und ggf. erneuern.

Stefan Schrögel ist Product Manager Heating bei Wolf.