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Die Sonnenenergie sinnvoll nutzen

13.01.2016

Ein echtes Sonnendach kommt ganz ohne herkömmliche Dachziegel aus und überzeugt auch optisch: Hier sind Thermo-Solarkollektoren und Photovoltaikelemente kombiniert. (Roto)
Lohnt sich die Investition in eine Solaranlage und kann man damit tatsächlich etwas sparen? Die Wirtschaftlichkeit von Solarthermie-Anlagen ist nicht ganz eindeutig zu beurteilen. Anders als bei Photovoltaik-Anlagen, die Solarstrom erzeugen, gibt es hier keine laufende Vergütung. Die Investitionskosten amortisieren sich also über die Jahre „nur“ durch die Einsparungen an konventioneller Energie – und die hängen stark von der Entwicklung der Energiepreise und dem eingesetzten Heiz-System im Haus ab – aber auch vom Nutzerverhalten. Wer beispielsweise einen Pool im Garten beheizen möchte, für den lohnt sich eine Solarthermie-Anlage sicherlich.

Gründe für eine Thermosolaranlage kann es aber auch abseits der reinen Wirtschaftlichkeits-Betrachtung geben: Seit der Einsatz regenerativer Energien beim Neubau im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes vorgeschrieben ist, kombinieren viele Baufamilien Gasbrennwert mit Solar, um diese Anforderung einzuhalten.

Wer ein hoch gedämmtes Holz-Fertighaus baut und dieses eventuell mit einer Wärmepumpe beheizt, erfüllt die Anforderungen allerdings auch ohne Solaranlage. Trotzdem kann es beim Duschen und Baden einfach ein gutes Gefühl sein, hier nur Sonnenwärme zu nutzen und andere Energie-Ressourcen zu schonen.

Genug Sonnenwärme für alle, wenn die Technik stimmt

Die nächste Frage lautet oft, ob in unseren Breiten überhaupt genug Sonne scheint, um ein solches System sinnvoll zu betreiben. Die Antwort lautet ja. Die durchschnittlichen Jahressummen der sogenannten Globalstrahlung liegen in Deutschland im Mittel zwischen 900 kWh und 1200 kWh pro Quadratmeter. Letztlich entscheidend für den tatsächlichen Solarertrag sind die konkreten Standortbedingungen, die eingesetzte Technik und die Einbindung in das Heizsystem.

Grundsätzlich ist eine zwischen Südost und Südwest ausgerichtete Dachfläche mit einer Neigung von 20 bis 60 Grad am besten für die Errichtung einer Solarthermieanlage geeignet. Dann lässt sich auch die niedriger stehende Wintersonne einfangen. Eine optimal installierte Kollektorfläche blickt nach Süden und hat einen Neigungswinkel von etwa 45 Grad. Wichtig ist, dass sie nicht von Bäumen oder benachbarten Gebäuden dauerhaft beschattet ist; sonst wird der Solarertrag dadurch geschmälert.

Flachkollektoren

Im Eigenheimbereich bestehen Solarthermie-Anlagen üblicherweise aus drei Hauptkomponenten: den Sonnenkollektoren, dem Solarkreislauf mit Regeleinheit sowie aus einem Solar-Wasserspeicher. Die in Deutschland am häufigsten eingesetzte Bauart sind Flachkollektoren. Sie bestehen aus dem Absorber, einem dunkel beschichteten Metallblech, das mit einem langen, wärmeleitenden Rohrsystem fest verbunden ist. Geschützt wird der flächige Absorber von der entspiegelten Spezialglasabdeckung, die zusammen mit einer Wärmedämmung die Wärmeverluste des Kollektors verringern.

Vakuumkollektor

Bei der zweiten Bauart, dem Vakuumröhrenkollektor, sind mehrere Glas-Röhren zu einem Kollektor zusammengefasst. Damit die Wärmeverluste möglichst gering ausfallen, sind die einzelnen Röhren evakuiert, das heißt, dass in ihnen ein Vakuum herrscht. Der Absorber, der hier als Blechstreifen in die einzelne Röhre eingefügt ist, kann meist leicht gedreht werden, um ihn ideal zur Sonne auszurichten. Mit einem Vakuumröhrenkollektor lassen sich höhere Temperaturen erzielen. Deshalb ist bei gleichem Energiebedarf eine kleinere Kollektorfläche ausreichend. Zudem können sie auch senkrecht, zum Beispiel an der Hauswand, montiert werden. Vakuumröhren sind allerdings deutlich teurer als Flachkollektoren.

Montage auf dem Dach oder in der Fassade  

Bei der Montage auf einem Schrägdach gibt es zwei Montagevarianten: Bei der Indachmontage werden die Solarkollektoren in die Dacheindeckung integriert. Eine weitere, optisch noch ansprechendere Montagevariante sind großflächige Energiedächer oder Solar-Roof-Systeme, wo große Kollektoren gleichzeitig als Dacheindeckung dienen. Meist erfolgt eine kombinierte Installation mit Photovoltaikmodulen. Am beliebtesten, weil etwas preisgünstiger und einfacher zu installieren, ist die Aufdachmontage. Hierbei werden die Kollektoren mittels spezieller Montageelemente oberhalb der Dacheindeckung befestigt.
Flachdächer eignen sich in Verbindung mit entsprechenden Montagegestellen ebenfalls gut zur Platzierung von Sonnenkollektoren. Auch Fassaden lassen sich zum Einfangen der Solarwärme nutzen.

Solarkreislauf

Den Transport der aufgenommenen Energie in den Solarspeicher übernimmt der Solarkreislauf: Wärmegedämmte Rohre verbinden die Kollektoren auf dem Dach mit dem Warmwasser-Speicher. Im Inneren der Leitungen zirkuliert die sogenannte Solarflüssigkeit, meist ein frostsicheres Gemisch aus Wasser und Glycol. Es gibt aber auch Systeme, die nur mit Wasser auskommen (Paradigma). Sie nutzen Niedertemperaturwärme aus dem kalten Bereich des Speichers und schützen sich so selbst vor dem Einfrieren. Eine Pumpe sorgt für die notwendige Zirkulation im System, sie sollte hocheffizient, also mit besonders geringem Stromverbrauch sein. Diese Pumpe wird vom Solarregler aber nur dann aktiviert, wenn genügend Solarwärme produziert wird.

Speicher

Neben den Kollektoren und dem Solarkreislauf ist der Speicher die dritte Kernkomponente einer Solaranlage. Er dient zur Aufbewahrung des solar erwärmten Wassers, bis es im Haus benötigt wird. Im unteren Speicherbereich befindet sich das kälteste Wasser und im oberen Bereich das wärmste, von wo es dann bei Bedarf zum Heizen oder Duschen entnommen wird. Bei heizungsunterstützenden Solaranlagen wird entweder ein Puffer- oder Kombispeicher installiert, an die sich weitere Wärmeerzeuger, wie Öl- oder Gasheizkessel, anschließen lassen. Der mit Heizungswasser gefüllte Pufferspeicher verfügt oft über mindestens zwei Wärmetauscher. Die Kombination mit einer sogenannten Frischwasserstation ermöglicht eine hygienische Warmwasserbereitung im Durchlaufsystem.

Diese Deckungsanteile können Solaranlagen leisten

Warmwasser-Solarthermie wird meistens auf einen bestimmten „solaren Deckungsgrad“ hin ausgelegt, der oft bei rund 60 Prozent liegt. Das bedeutet, dass die Solarthermieanlage über das Jahr gerechnet circa 60 Prozent der Warmwasserkosten abdeckt. Heizungsunterstützende Solaranlagen, auch Kombi-Solaranlagen genannt, decken bei üblicher Dimensionierung je nach Dämmstandard des Gebäudes 15 bis 30 Prozent des Gesamtwärmebedarfs; bei Niedrigenergiehäusern und Passivhäusern kann der Deckungsanteil sogar bei circa 40 bis 70 Prozent liegen. Auch 100 Prozent sind übrigens möglich, allerdings nur unter sehr hohem Kostenaufwand, weil dazu ein riesiger Solarspeicher, der mehrere Tausend Liter fasst, notwendig ist.

Qualitativ hochwertige Solaranlagen können auch noch nach über 30 Jahren kostenlose und umweltfreundliche Wärme produzieren und sind dabei relativ wartungsarm. Ob und aus welchen Gründen sich die Anschaffung einer Solarthermieanlage lohnt, muss jeder Bauherr aber anhand der persönlichen Bedürfnisse letztlich für sich selbst abwägen – Energie sparen lässt sich damit in jedem Fall.

Wenn die Dachfläche zur „falschen“ Himmelsrichtung geneigt, stark verschattet oder von Dachflächenfenstern belegt ist, kann auch eine Fassaden-Integration sinnvoll sein. Geneigte Paneelen können optimal zur Strahlung ausgerichtet werden. Solvis
Sinnvoll sind gut aufeinander abgestimmte Komplettsysteme, hier mit Vakuumröhrenkollektor, Solarregelung, Warmwasserspeicher für die Heizung und Frischwasserspeicher. Paradigma
Die Solarkollektoren versorgen einen zentralen Speicher mit Wärme, der dann warmes Brauchwasser liefert und die Heizung unterstützt. Sitzen Heizung und Solarspeicher direkt unterm Dach, sind die Leitungswege kürzer. Braas