Solarthermie

Vakuumröhrenkollektoren haben die höchste Effizienz
„Vakuumroehrenkollektor 02“ von Ra Boe – selbst fotografiert Lizenziert unter CC BY-SA 2.5 über Wikimedia Commons –

Welche Heizungsalternativen gibt es? – Teil 5: Solarthermie

Die Heizung muss zum Gebäude passen

Wenn man ein Haus neu baut oder energetisch saniert, kommt früher oder später die Frage nach der Heizung. Die Frage sollte möglichst früh gestellt werden, denn die richtige Heizung trägt entscheidend zur Energieeffizienz des Gebäudes bei, zur ökologischen Qualität und nicht zuletzt zu erträglichen Heizkosten. Teil 1 wurde die Gasheizung vorgestellt, in Teil 2 die Ölheizung,  in Teil 3 die Wärmepumpe, Teil 4 beschäftigte sich mit der Pelletheizung und nun soll die Solarthermie vorgestellt werden.

Mit Solarthermie ist das direkte Erwärmen eines Trägermediums (z. B. Wasser) durch Solarkollektoren gemeint. Ökologisch ist dies sehr interessant, da im Betrieb nur für den Betrieb der Zirkulationspumpe externe elektrische Energie benötigt wird. Den Rest macht die Sonne umsonst und völlig CO2-neutral. (Davon zu unterscheiden ist die Photovoltaik, bei der eintreffendes Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom verwandelt wird.) Bei der Solarthermie handelt es sich in der Regel um ein Zusatzelement zu einer Hauptheizung. Nur in sehr seltenen Spezialfällen wurden (meist sehr teure) Lösungen erarbeitet, bei denen die Solarthermie die alleinige Heizung darstellt. Als Zusatzheizung kann die Solarthermie zwei unterschiedliche Funktionen übernehmen:

  1. Warmwassererzeugung
  2. Warmwassererzeugung und Heizungsunterstützung

Soll die solarthermische Anlage im Wesentlichen die Warmwassererzeugung übernehmen, so beschränkt sich dieser Nutzen hauptsächlich auf die Zeit des späten Frühjahrs bis in den frühen Herbst. Da in dieser Jahreszeit die Sonnenscheindauer relativ lang und intensiv ist, ist die Qualität der Solarkollektoren von untergeordneter Bedeutung. Selbst recht einfache Kollektoren schaffen es in dieser Zeit mit der einstrahlenden Energie eine ausreichende Menge warmes Wasser zum Baden und Duschen zu erzeugen. Da aber auch hier das Angebot an Sonnenenergie nicht zwangsläuftig mit dem Zeitpunkt des Wunsches nach warmen Wasser übereinstimmt, ist ein entsprechend großer Speicher vorzusehen, der die solar gewonnene Energie zwischenlagert. Von der direkten Verwendung des warmen Wassers aus dem Speicher kommt man aus Hygienegründen zunehmend ab. Die hygienischere Lösung ist die eines externen Wärmetauschers als eine Art Durchlauferhitzer. Beim Neubau gehört die solare Warmwassererzeugung inzwischen zum Standard, um die Vorgaben des EnEWG zu erfüllen.

Interessanter wird es, wenn die Solarthermie auch zur Heizungsunterstützung verwendet werden soll. Die Notwendigkeit des Heizens beschränkt sich im Wesentlichen auf den Zeitraum Herbst bis Frühjahr. In dieser Jahreszeit ist das Angebot an Sonne gering. Dementsprechend spielt die Qualität des Kollektors eine große Rolle, da aus einem geringen solaren Angebot noch möglichst viel und hohe Wärme gewonnen werden soll. Und da ist man schon beim zweiten Problem. Je höher die notwendige Vorlauftemperatur des Heizsystems, desto geringer die Möglichkeit die Heizung solar zu unterstützen. Vakuumröhrenkollektoren schaffen zwar auch an einem sonnigen kalten Wintertag hohe Vorlauftemperaturen, aber nur in geringen Mengen. Wenn die Vorlauftemperatur geringer ist, kann dementsprechend eine größere Menge durch den Solarkollektor zur Verfügung gestellt werden. Daraus ergibt sich zweierlei. Ungedämmte Häuser mit Heizsystemen von hoher Vorlauftemperatur sind tendentiell ungeeignet zur solaren Heizungsunterstützung. Besser sind gedämmte Häuser mit Heizsystemen niedriger Vorlauftemperatur. Je niedriger, desto besser. Zum anderen ist festzuhalten, dass die Effizienz der Solarkollektoren sehr hoch sein muss, so dass vom System fast ausschließlich Vakuumröhrenkollektoren die Anforderungen an eine solare Heizungsunterstützung erfüllen können.
Ein weitere Begleiterscheinung der solaren Heizungsunterstützung ist die sommerliche Überdimensionierung. Im Sommer ist der Energiebedarf im Vergleich zum Winter gering, gleichzeitig ist das Energieangebot immens. Dies führt dazu, dass die Solaranlage in den Dampfzustand geht. In diesem Zustand ist keine Energieausbeute mehr möglich bis das Trägermedium sich wieder so weit abgekühlt hat, dass es sich wieder verflüssigt. Wirklich problematisch ist das nicht, da vorher meist ein so großer Vorrat an warmen Wasser erzeugt wurde, dass dieser problemlos über den ganzen Tag reicht.
Zu den Kosten:
Die Kosten zur konventionellen Erwärmung warmen Wassers werden i. d. R. überschätzt. Individuell können diese je nach Verhalten stark schwanken. Im Durchschnitt wird i. d. R. ein Aufwand von ca 1000 kWh Energie/Person und Jahr angesetzt. Eine Warmwasser-Solaranlage kann ca. 60 % dieser Energie ersetzen. Die Grundkosten einer Solaranlage (Solarkollektor, Leitungen, Pumpe, Speicher etc.) sind unabhängig von der Größe der Anlage und müssen mit mindestens 3000 € angesetzt werden. Aus diesem Verhältnis kann man schnell erkennen, dass eine Wirtschaftlichkeit bei Anlagen für 2 oder 3 Personen i. d. R. nicht gegeben ist. Wirtschaftlich werden solche Anlagen meist erst für Haushalte ab 4 oder mehr Personen. Bei großen Wohnanlagen ist allerdings wieder Vorsicht geboten. In großen Wohnanlagen ist aufgrund der Hygieneanforderungen zwingend eine Warmwasserzirkulation vorzusehen. Diese pumpt permanent warmes Wasser durch das ganze Haus und erzeugt immense Verluste. Bei entsprechenden Untersuchungen wurde herausgefunden, dass in solchen Gebäuden die solaren Gewinne komplett durch die Energieverluste aufgefressen werden. In solchen Gebäuden ist das Konzept eines zentralen Warmwasserspeichers im Keller nicht zielführend, weder energetisch noch finanziell.
Bei der Solarthermie zeigt sich erneut, dass die Heizungskomponente zum einen zum energetischen Niveau des Hauses passen muss und dass auch hier eine sorgfältige Planung und Konzeption des gesamten Heizungs- und Warmwasserkonzepts entscheidend für den Erfolg ist. Eine Energieberatung liefert hier wesentliche Informationen, bevor man größere finanzielle Investitionen tätigt.
Mit diesem Beitrag endet die Serie zu Alternativen in der Heizungstechnik. Die Sondermöglichkeiten wie Kraftwärmekopplung (BHKW, Mini-BHKW), Scheitholzheizungen, Hackschnitzelheizungen etc. sind für den üblichen Wohnungsbau irrelevant und nur in den seltensten Fällen wirtschaftlich darstellbar. Wir hoffen mit dieser kleinen Serie einen interessanten Einblick in die Welt des Heizens gegeben zu haben und freuen und über Ihre Anfragen.

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