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Solarthermie – Sonnenenergie für warmes Wasser und Heizung

Wer bei Heizung und Warmwasser auf Sonnenwärme setzt, kann einen Teil des Wärmebedarfs im eigenen Zuhause decken und Energie sparen. Die dafür erforderliche Energietechnik nennt sich Solarthermie und gilt als weitgehend ausgereift. Zudem zeichnet sich diese Technik durch seine Umwelt- und Klimafreundlichkeit aus. Daher verwundert es, dass über die Solarthermie so wenig gesprochen wird, während im Vergleich Photovoltaik in aller Munde ist. Wie sich die Solarenergie mittel Solarthermie effektiv nutzen lässt und worauf du achten solltest, erfährst du daher in diesem Beitrag.

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Begriffsklärung: Solarthermie vs. Photovoltaik

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Solarthermische Anlagen wandeln Sonnenenergie in thermische Energie um. Die so gewonnene Wärme kann zum Erhitzen von Trink- und Duschwasser, aber auch zum Heizen genutzt werden. Ermöglicht wird das mit Hilfe auf dem Dach montierter Sonnenkollektoren, die mit der Heizung verbunden sind, da in der Regel der Bedarf an Heizenergie nicht komplett durch eine Solarthermie-Anlage gedeckt werden kann.
 
Bei Photovoltaikanlagen wird hingegen mithilfe von Solarmodulen elektrische Energie erzeugt, der gleichfalls für Warmwasser und in Verbindung mit Wärmepumpen auch zum Heizen eingesetzt werden kann. Dieser Strom kann anders als die durch Solarthermie erzeugte Wärme in ein öffentliches Energienetz eingespeist werden.
 
Bei ausreichend großer Dachfläche besteht auch die Möglichkeit, Solarthermie und Photovoltaik zu kombinieren. Das kann durch die Installation zwei voneinander getrennter Anlagen, also einer PV-Anlage und einer Solarthermie-Anlage, erfolgen oder durch den Einsatz von Hybridmodulen, die die Technik beider Anlagen in sich vereinen. In diesem Fall handelt es sich um Solarkollektoren, die einen Teil Solarthermie haben, um damit Wärme zu erzeugen und einen anderen Teil Photovoltaik, mit dem grüner Strom produziert wird. Mit rund 22 bis 35 Prozent verfügt eine Solarthermieanlage übrigens über einen höheren Wirkungsgrad als eine Photovoltaik-Anlage.

Der beste Standort für eine Solarthermieanlage

Da die Sonnenstrahlung in Süddeutschland am höchsten ist, kann dort auch mit einem höheren Ertrag als im Rest der Republik gerechnet werden. Da der Solar Ertrag aber von verschiedenen Faktoren abhängt, bedeutet das im Umkehrschluss nicht, dass Solaranlagen in anderen Regionen keinen Sinn machen. Mit dem richtigen Know-how kann der Standortnachteil zumindest in Teilen aufgefangen werden. Der wahre Leistungskiller sind vielmehr Schatten, die z. B. durch Nachbargebäude oder Bäume auf die Solarthermie-Kollektoren der Anlage geworfen werden.

Weitere Faktoren, die bei der Planung einer Solarthermieanlage zu berücksichtigen sind, sind die Ausrichtung der Solarkollektoren und der Neigungswinkel. Am besten ist es daher, wenn die Solarkollektoren Richtung Süden ausgerichtet sind, Richtung Norden ist am schlechtesten und bei einer Ost- bzw. Westausrichtung ist mit Ertragseinbußen von ca. 20 Prozent zu rechnen. Ertragsverluste um die fünf Prozent können noch relativ leicht durch eine größere Kollektorfläche kompensiert werden. Im Hinblick auf die Neigung der Kollektorfläche sollten Sonnenstrahlen bei einer solaren Trinkwassererwärmung möglichst in einem Winkel von 20 bis 50 Grad und bei einer solaren Heizungsunterstützung im Winkel von 45 bis 70 Grad auf die Kollektorfläche treffen.

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Solarthermie-Systeme: Warmwasserbereitung oder Warmwasserbereitung plus solarer Heizungsunterstützung

Vom Grundsatz her unterscheidet man bei Solarthermie zwei Typen von Anlagen, die aber beide normalerweise mit einem anderen Heizsystem kombiniert werden.

Warmwasserbereitung mit der Solarthermie-Anlage

Der Betrieb einer Solaranlage, die ausschließlich der Warmwasserbereitung dient, erfolgt in der Regel mit Flachkollektoren. Im Gegensatz zu Solarthermie-Anlagen zum Unterstützen der Heizung benötigen sie eine kleinere Kollektorfläche sowie einen kleineren Speicher. Sie sind daher auch leichter zu planen und mit geringeren Investitionskosten verbunden. Eine Anlage ausschließlich für Warmwasser hat ihren größten Nutzen im Sommer. Dank hoher Sonneneinstrahlung kann sie dann einen solaren Deckungsgrad von etwa 60 Prozent erreichen oder anders ausgedrückt: 60 Prozent der für die Warmwasseraufbereitung benötigten Energie kann solar gedeckt werden.
 
Und so funktioniert die Trinkwassererwärmung mithilfe von Solarthermie: Über die Sonneneinstrahlung werden der Kollektor und die darin enthaltene Solarflüssigkeit auf bis zu 90 °C erwärmt. Die Flüssigkeit zirkuliert zwischen Kollektor und Pufferspeicher. Das dort enthaltene Frischwasser nimmt die Wärme der Solarflüssigkeit auf und das so erwärmte Wasser kann als Warmwasser abgezapft werden. Die Versorgung des Hauses mit Wärme erfolgt also vom Pufferspeicher aus. Mit Abkühlen des Wassers im Pufferspeicher wird die Solarflüssigkeit zurück zum erneuten Aufheizen in den Kollektor gepumpt. Kann der Warmwasserbedarf nicht allein durch die Solarenergie gedeckt werden, springt eine Zusatzheizung ein.
 
Übrigens: Ein Vier-Personen-Haushalt verbraucht im Durchschnitt etwa 109 bis 225 Liter warmes Wasser täglich. Der größte Anteil wird zur Körperpflege verwendet. Damit verursachen vier Personen einen CO2–Ausstoß zwischen 580 und 1.860 Kilogramm pro Jahr, der durch das Erwärmen von Wasser entsteht.
 
Mit etwas Aufwand kann auch Wäsche und Geschirr mit Warmwasser aus der Solarthermieanlage gereinigt werden. Hier sollte aber darauf geachtet werden, dass der Wasseranschluss für die hohen Temperaturen des einströmenden Wassers geeignet sind. Solarthermie-Anlagen für die reine Heizungsunterstützung werden nicht angeboten. Was sich aber durchaus lohnt, ist die Kombination von Warmwassererzeugung und Heizungsunterstützung, die in der Regel auch stärker gefördert werden als Anlagen für die reine Warmwasserbereitung.

Kombinierte Warmwasser- und Heizungsunterstützung mit Solarthermie

Ein System für solare Heizungsunterstützung und Warmwasser wird sich vor allem im Frühjahr und Herbst auszahlen, denn in dieser Zeit deckt die Anlage den überwiegenden Teil des benötigten Bedarfs an Heizenergie. Solarthermieanlagen für Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung sind teuer als Solaranlagen ausschließlich zur Warmwasserbereitung, denn es wird ein viel größerer Speicher benötigt.
 
Für die Heizung ist die hohe sommerliche Sonneneinstrahlung nur bedingt nutzbar, davon unabhängig ist eine kombinierte Solarthermieanlage aber zur Unterstützung der Heizungsanlage durchaus sinnvoll. Ist die solarthermische Anlage optimal dimensioniert, können so 20 % des Wärmebedarfs eines Haushalts eingespart werden. Die Funktionsweise ist nahezu identisch wie bei der einen Warmwasserbereitung. Allerdings ist der Speicher mit Heizungswasser und nicht mit Trinkwasser gefüllt. Dieses Wasser wird in einem Kreislauf immer wieder erwärmt und nicht verbraucht. Damit sich die Wasserqualitäten nicht durchmischen, können bei einer thermischen Solaranlage mit zusätzlicher Heizungsunterstützung entweder zwei getrennte Speichersysteme oder ein platzsparender Kombispeicher verwendet werden.
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Die Vorteile von Solarthermie

Wer Solarthermie nutzt, tut etwas für den Umweltschutz, denn die Sonnenenergie zählt zu den erneuerbaren Energien und steht als kostenlose Energie zur Verfügung. Durch den Betrieb einer Solarthermie-Anlage verringert sich der Verbrauch fossiler Brennstoffe wie Erdgas oder Heizöl und man kann CO2-Emissionen sparen.
 
Für den Kauf und die Installation einer Solarthermieanlage stehen Fördergelder zur Verfügung, sodass etwas ein Drittel dieser Kosten über eine staatliche Förderung gedeckt werden können.
 
Im Vergleich zu einer normalen Heizung kann man mit einer Solarthermieanlage langfristig Heizkosten sparen. Steigen die Energiepreise oder die Inflation, wird sich dieser Vorteil zur Freude der Eigenheimbesitzer noch verstärken.
 
Im Vergleich zum solaren Ertrag von Photovoltaik ist der Energieertrag je Quadratmeter bei einer Solarthermieanlage höher.
 
Eine gute Solarthermie-Anlage kann über viele Jahre zuverlässig und effizient Wärme erzeugen. Einige Hersteller garantieren 20 Jahre für ihre Anlage.
 
Stehen nur begrenzte Dachflächen zur Verfügung, erweisen sich Vakuum-Röhrenkollektoren als optimal, da sie auch an der Hauswand angebracht werden können.
 
Ohne Probleme können Solarthermieanlagen mit Wärmepumpen, Brennwertheizungen oder anderen Heizanlagen verbunden werden.
 
Und das kann Solarthermie übrigens auch: Solare Kühlung! Zurzeit ist diese Technik allerdings nur für Großanlagen wirtschaftlich.

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