Solarthermie einfach erklärt
| Solarthermie kurz erklärt | |
|---|---|
| Definition | Nutzung von Sonnenenergie zur Wärmeerzeugung |
| Anwendungen | Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung |
| Wichtige Bauteile | Solarkollektoren, Solarkreislauf, Pumpe, Regelung und Wärmespeicher |
| Energieform | Wärme |
| Kollektorarten | Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren |
| Speicherarten | Warmwasserspeicher, Pufferspeicher und Kombispeicher |
| Nicht zu verwechseln mit | Photovoltaik zur Stromerzeugung |
| Englischer Begriff | Solar Thermal Energy |
Solarthermie nutzt Sonnenstrahlung, um Wärme für Warmwasser und Heizung bereitzustellen.
Dazu nehmen Solarkollektoren Sonnenenergie auf. Eine Wärmeträgerflüssigkeit transportiert die gewonnene Wärme zu einem Speicher, in dem sie später genutzt werden kann.
Solarthermie erzeugt keinen Strom. Darin unterscheidet sie sich grundlegend von der Photovoltaik.
Was ist Solarthermie?
Solarthermie ist die technische Nutzung von Sonnenstrahlung zur Erzeugung von Wärme.
Die gewonnene Wärme wird meist zur Warmwasserbereitung oder zur Unterstützung einer Heizungsanlage verwendet.
Solarkollektoren wandeln Sonnenstrahlung direkt in nutzbare Wärme um.
Solarthermie einfach erklärt
Ein Solarkollektor erwärmt sich durch Sonnenlicht. Im Inneren fließt eine Flüssigkeit, die diese Wärme aufnimmt.
Eine Pumpe transportiert die warme Flüssigkeit zu einem Wärmespeicher. Dort wird die Energie auf Trinkwasser oder Heizungswasser übertragen.
Die abgekühlte Flüssigkeit fließt anschließend zurück zum Kollektor und wird erneut erwärmt.
Geschichte der Solarthermie
Die Nutzung von Sonnenwärme ist älter als moderne Heiztechnik. Schon früh wurden Gebäude so ausgerichtet, dass Sonnenstrahlung Räume erwärmen konnte.
Technische Solarkollektoren entwickelten sich vor allem im 20. Jahrhundert weiter. Mit steigenden Energiepreisen und dem wachsenden Interesse an erneuerbaren Energien wurden Solarthermieanlagen zunehmend in Wohngebäuden eingesetzt.
Heute gibt es ausgereifte Systeme für Einfamilienhäuser, Mehrfamilienhäuser, Gewerbebetriebe und große Wärmenetze.
Wie funktioniert Solarthermie?
| Schritt | Vorgang | Ergebnis |
|---|---|---|
| 1 | Sonnenstrahlung trifft auf den Absorber. | Wärme entsteht. |
| 2 | Die Wärmeträgerflüssigkeit nimmt Wärme auf. | Die Flüssigkeit erwärmt sich. |
| 3 | Eine Pumpe transportiert die Flüssigkeit zum Speicher. | Wärme gelangt ins Gebäude. |
| 4 | Ein Wärmetauscher überträgt die Energie. | Wasser wird erwärmt. |
| 5 | Die abgekühlte Flüssigkeit fließt zurück. | Der Kreislauf beginnt erneut. |
Aufbau einer Solarthermieanlage
| Bauteil | Aufgabe |
|---|---|
| Solarkollektor | Nimmt Sonnenenergie auf. |
| Absorber | Wandelt Strahlung in Wärme um. |
| Wärmeträgerflüssigkeit | Transportiert die Wärme. |
| Solarpumpe | Bewegt die Flüssigkeit durch den Kreislauf. |
| Regelung | Steuert die Pumpe anhand der Temperaturen. |
| Wärmetauscher | Überträgt Wärme auf das Speicherwasser. |
| Ausdehnungsgefäß | Gleicht Druck- und Volumenänderungen aus. |
| Wärmespeicher | Speichert die gewonnene Energie. |
Der Solarkollektor
Der Solarkollektor ist das zentrale Bauteil auf dem Dach oder einer anderen geeigneten Fläche.
Er besteht aus einem Absorber, Rohrleitungen, Dämmung und je nach Bauart einer transparenten Abdeckung oder Vakuumröhren.
Seine Aufgabe ist es, möglichst viel Sonnenstrahlung aufzunehmen und Wärmeverluste gering zu halten.
| Merkmal | Flachkollektor | Vakuumröhrenkollektor |
|---|---|---|
| Aufbau | Flache geschlossene Kollektorfläche | Mehrere evakuierte Glasröhren |
| Wärmeverluste | Etwas höher | Geringer |
| Leistung bei Kälte | Gut | Meist besser |
| Flächenbedarf | Höher | Oft geringer |
| Kosten | Meist niedriger | Meist höher |
| Typischer Einsatz | Warmwasser und Heizung | Hohe Temperaturen und kleine Flächen |
Flachkollektoren
Flachkollektoren besitzen einen flachen Absorber unter einer transparenten Abdeckung.
Sie sind robust, technisch einfach aufgebaut und bei Wohngebäuden weit verbreitet.
Für Warmwasser und Heizungsunterstützung bieten sie häufig ein gutes Verhältnis zwischen Anschaffungskosten und Ertrag.
Vakuumröhrenkollektoren
Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus mehreren Glasröhren, in denen ein Vakuum die Wärmeverluste reduziert.
Sie arbeiten bei niedrigen Außentemperaturen und hohen erforderlichen Wassertemperaturen häufig effizienter.
Ihre Anschaffung ist meist teurer, dafür benötigen sie für denselben Ertrag oft weniger Fläche.
Der Solarkreislauf
Der Solarkreislauf verbindet Kollektor und Speicher.
| Element | Funktion |
|---|---|
| Vorlauf | Führt erwärmte Flüssigkeit zum Speicher. |
| Rücklauf | Führt abgekühlte Flüssigkeit zurück. |
| Pumpe | Hält den Kreislauf in Bewegung. |
| Sicherheitsventil | Schützt vor zu hohem Druck. |
| Entlüfter | Entfernt Luft aus dem System. |
Wärmeträgerflüssigkeit
Die Wärmeträgerflüssigkeit besteht häufig aus Wasser und einem Frostschutzmittel.
Sie transportiert die Wärme, schützt Leitungen und Kollektoren vor Frost und muss hohen Temperaturen standhalten.
Im Laufe der Zeit kann die Flüssigkeit altern. Deshalb sollten Frostschutz, pH-Wert und Zustand regelmäßig kontrolliert werden.
Der Wärmetauscher
Der Wärmetauscher überträgt die Energie aus dem Solarkreislauf auf das Wasser im Speicher.
Die Wärmeträgerflüssigkeit und das Trink- oder Heizungswasser bleiben dabei voneinander getrennt.
Eine gute Wärmeübertragung verbessert den nutzbaren Ertrag der Anlage.
Der Wärmespeicher
Der Speicher gleicht den zeitlichen Unterschied zwischen Sonneneinstrahlung und Wärmebedarf aus.
| Speichertyp | Aufgabe |
|---|---|
| Warmwasserspeicher | Speichert erwärmtes Trinkwasser. |
| Pufferspeicher | Speichert Heizungswasser. |
| Kombispeicher | Verbindet Warmwasser und Heizungsunterstützung. |
| Schichtenspeicher | Ordnet Wasser nach Temperaturzonen. |
Solarthermie für Warmwasser
Eine Anlage zur Warmwasserbereitung liefert Wärme für Dusche, Bad, Küche und andere Zapfstellen.
Im Sommer kann sie einen großen Teil des Warmwasserbedarfs übernehmen. Bei geringer Sonneneinstrahlung heizt die vorhandene Heizung nach.
Diese Variante benötigt meist weniger Kollektorfläche und einen kleineren Speicher als eine Anlage mit Heizungsunterstützung.
Solarthermie zur Heizungsunterstützung
Bei der Heizungsunterstützung liefert die Solarthermie zusätzlich Wärme an das Heizsystem.
Besonders in Frühling und Herbst kann sie einen Teil der Raumheizung übernehmen.
Dafür sind eine größere Kollektorfläche, ein größerer Speicher und eine passende hydraulische Einbindung notwendig.
| Merkmal | Nur Warmwasser | Mit Heizungsunterstützung |
|---|---|---|
| Kollektorfläche | Kleiner | Größer |
| Speicher | Warmwasserspeicher | Puffer- oder Kombispeicher |
| Investition | Niedriger | Höher |
| Einsparung | Nur Warmwasserenergie | Zusätzlich Heizenergie |
| Planung | Einfacher | Aufwendiger |
Solarer Deckungsgrad
Der solare Deckungsgrad zeigt, welcher Anteil des Wärmebedarfs durch die Solarthermieanlage gedeckt wird.
Formel: Solarer Deckungsgrad = Solarwärme ÷ gesamter Wärmebedarf × 100
Ein möglichst hoher Wert ist nicht automatisch wirtschaftlich optimal, weil sehr große Anlagen im Sommer häufig Überschüsse erzeugen.
Beispiel zum solaren Deckungsgrad
Ein Haushalt benötigt jährlich 4.000 Kilowattstunden Wärme für Warmwasser. Die Solarthermie liefert 2.400 Kilowattstunden.
| Wert | Berechnung | Ergebnis |
|---|---|---|
| Solarwärme | 2.400 kWh | 2.400 kWh |
| Gesamtbedarf | 4.000 kWh | 4.000 kWh |
| Deckungsgrad | 2.400 ÷ 4.000 × 100 | 60 Prozent |
Solarer Ertrag
Der solare Ertrag beschreibt die nutzbare Wärmemenge, die die Anlage in einem Zeitraum liefert.
| Einflussfaktor | Wirkung |
|---|---|
| Sonneneinstrahlung | Mehr Strahlung erhöht den möglichen Ertrag. |
| Kollektorart | Beeinflusst Wirkungsgrad und Temperaturverhalten. |
| Ausrichtung | Bestimmt den Tagesverlauf der Energieaufnahme. |
| Neigung | Beeinflusst saisonale Erträge. |
| Speichergröße | Begrenzt die nutzbare Wärmemenge. |
| Wärmebedarf | Bestimmt, wie viel Wärme tatsächlich genutzt wird. |
Ausrichtung und Neigung
Eine Südausrichtung liefert häufig hohe Jahreserträge. Auch Südost und Südwest können gut geeignet sein.
Für die Heizungsunterstützung kann eine steilere Neigung vorteilhaft sein, weil sie die tief stehende Wintersonne besser nutzt.
Die optimale Ausrichtung hängt vom Nutzungsziel und den örtlichen Bedingungen ab.
Verschattung
Bäume, Gebäude, Schornsteine oder Dachaufbauten können die Kollektoren verschatten.
Dadurch trifft weniger Sonnenstrahlung auf den Absorber und der Wärmeertrag sinkt.
Vor der Installation sollte deshalb eine Verschattungsanalyse durchgeführt werden.
| Merkmal | Solarthermie | Photovoltaik |
|---|---|---|
| Erzeugte Energie | Wärme | Strom |
| Hauptbauteil | Solarkollektor | Solarmodul |
| Speicher | Wärmespeicher | Batteriespeicher |
| Nutzung | Warmwasser und Heizung | Haushalt, Wärmepumpe, Wallbox |
| Überschüsse | Nur begrenzt nutzbar | Speicherbar oder einspeisbar |
Solarthermie und Wärmepumpe
Solarthermie und Wärmepumpe können kombiniert werden.
Die Solarthermie liefert direkt Wärme, während die Wärmepumpe Umweltenergie mit Strom nutzbar macht.
Eine sorgfältige Regelung ist wichtig, damit beide Systeme sinnvoll zusammenarbeiten.
Solarthermie und Gasheizung
Solarthermie wird häufig als Ergänzung zu einer Gasheizung eingesetzt.
Bei ausreichender Sonneneinstrahlung übernimmt die Solaranlage die Warmwasserbereitung oder einen Teil der Heizungsunterstützung.
Die Gasheizung springt ein, wenn die Solarwärme nicht ausreicht.
Solarthermie und Pelletheizung
Eine Pelletheizung lässt sich ebenfalls mit Solarthermie kombinieren.
Im Sommer kann die Solaranlage Warmwasser bereitstellen, sodass der Pelletkessel seltener starten muss.
Das reduziert Brennstoffverbrauch, Betriebsstunden und Verschleiß.
Sommerbetrieb
Im Sommer kann die Anlage mehr Wärme liefern, als benötigt wird.
Ist der Speicher vollständig geladen, schaltet die Regelung die Pumpe ab. Die Kollektortemperatur kann stark steigen.
Eine passende Dimensionierung reduziert häufige Überschüsse und thermische Belastungen.
Winterbetrieb
Auch im Winter erzeugt Solarthermie Wärme. Der Ertrag ist jedoch meist deutlich geringer.
Kurze Tage, niedriger Sonnenstand, Wolken und Schnee begrenzen die Leistung.
Eine zusätzliche Heizung bleibt deshalb notwendig.
Stagnation
Stagnation entsteht, wenn die Kollektoren Wärme aufnehmen, der Speicher aber keine weitere Energie aufnehmen kann.
Die Pumpe wird abgeschaltet und die Flüssigkeit im Kollektor kann sehr hohe Temperaturen erreichen.
Eine korrekt geplante Anlage ist dafür ausgelegt. Häufige Stagnation kann die Wärmeträgerflüssigkeit dennoch belasten.
Frostschutz
Der Solarkreislauf muss vor Frost geschützt werden.
Dazu wird häufig eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel verwendet.
Der Frostschutz sollte regelmäßig kontrolliert werden, damit Kollektoren und Leitungen bei niedrigen Temperaturen nicht beschädigt werden.
Planung einer Solarthermieanlage
| Planungspunkt | Wichtige Frage |
|---|---|
| Wärmebedarf | Wie viel Warmwasser und Heizwärme wird benötigt? |
| Kollektorfläche | Wie groß muss die Anlage sein? |
| Speichergröße | Wie viel Wärme soll gespeichert werden? |
| Dachfläche | Ist ausreichend unverschattete Fläche vorhanden? |
| Ausrichtung | Wie gut lässt sich Sonnenenergie nutzen? |
| Heizungssystem | Wie wird Solarwärme eingebunden? |
| Leitungswege | Wie weit liegen Kollektor und Speicher auseinander? |
Dimensionierung
Die Größe der Anlage muss zum Wärmebedarf passen.
Eine zu kleine Anlage liefert nur geringe Beiträge. Eine zu große Anlage erzeugt im Sommer häufig ungenutzte Überschüsse.
Wichtige Größen sind Personenanzahl, Warmwasserverbrauch, Heizsystem, Gebäudegröße, Kollektortyp und Speichergröße.
Montagearten
| Montageart | Beschreibung |
|---|---|
| Aufdachmontage | Kollektoren werden über der Dachdeckung befestigt. |
| Indachmontage | Kollektoren ersetzen einen Teil der Dachdeckung. |
| Flachdachmontage | Kollektoren werden aufgeständert. |
| Fassadenmontage | Kollektoren werden an einer Wand angebracht. |
| Freiflächenmontage | Kollektoren stehen unabhängig vom Gebäude. |
Kosten einer Solarthermieanlage
Die Kosten hängen von Kollektorart, Anlagengröße, Speicher, Montage und Heizungsanbindung ab.
| Kostenbereich | Bestandteile |
|---|---|
| Kollektoren | Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren |
| Speicher | Warmwasser-, Puffer- oder Kombispeicher |
| Hydraulik | Leitungen, Pumpengruppe und Ventile |
| Montage | Dacharbeiten und Leitungsverlegung |
| Regelung | Sensoren und Steuergerät |
| Einbindung | Anschluss an Warmwasser und Heizung |
Wirtschaftlichkeit
Die Wirtschaftlichkeit hängt davon ab, wie viel konventionelle Heizenergie ersetzt wird.
Wichtig sind Investitionskosten, Brennstoffpreise, Förderungen, Nutzungsdauer, Wartung und tatsächlich nutzbarer Solarertrag.
Eine gut dimensionierte Anlage ist meist wirtschaftlicher als eine unnötig große Anlage.
Wartung
| Prüfpunkt | Warum wichtig? |
|---|---|
| Anlagendruck | Zeigt mögliche Undichtigkeiten. |
| Frostschutz | Schützt vor Schäden bei Kälte. |
| Wärmeträgerflüssigkeit | Kann durch hohe Temperaturen altern. |
| Pumpe | Muss zuverlässig fördern. |
| Sensoren | Beeinflussen die Regelung. |
| Dämmung | Beschädigungen erhöhen Wärmeverluste. |
Lebensdauer
Solarkollektoren können bei guter Qualität und Wartung viele Jahre genutzt werden.
Pumpen, Regelung und Wärmeträgerflüssigkeit können früher gewartet oder ersetzt werden müssen.
Die tatsächliche Lebensdauer hängt von Materialqualität, Montage und Betriebsbedingungen ab.
Vorteile der Solarthermie
- Erneuerbare Wärme: Sonnenenergie ersetzt einen Teil konventioneller Heizenergie.
- Geringere Brennstoffkosten: Gas, Öl, Pellets oder Strom können eingespart werden.
- Hoher Wirkungsgrad: Sonnenenergie wird direkt als Wärme genutzt.
- Bewährte Technik: Solarthermie ist seit vielen Jahren im Einsatz.
- Vielseitige Kombination: Sie passt zu verschiedenen Heizsystemen.
- Entlastung im Sommer: Die Hauptheizung kann zeitweise ausgeschaltet bleiben.
Nachteile und Grenzen
Saisonale Schwankungen
Im Winter ist der Ertrag gering, obwohl der Wärmebedarf hoch ist.
Begrenzte Speicherung
Wärmeüberschüsse lassen sich nicht beliebig lange speichern.
Zusätzliche Technik
Pumpe, Regelung, Leitungen und Speicher erhöhen den Aufwand.
Stagnation
Bei fehlender Wärmeabnahme können hohe Temperaturen entstehen.
Dachflächenkonkurrenz
Die belegte Fläche steht nicht für Photovoltaik zur Verfügung.
Abhängigkeit vom Wärmebedarf
Geringer Verbrauch kann die Wirtschaftlichkeit verschlechtern.
Wann ist Solarthermie sinnvoll?
| Situation | Bewertung |
|---|---|
| Hoher Warmwasserbedarf | Gute Voraussetzungen |
| Mehrere Personen im Haushalt | Regelmäßige Nutzung möglich |
| Unverschattete Dachfläche | Günstig |
| Geeigneter Speicherplatz | Wichtig |
| Sehr geringer Wärmebedarf | Wirtschaftlichkeit genau prüfen |
| Knappe Dachfläche und hoher Strombedarf | Photovoltaik kann flexibler sein. |
Typische Fehler und Missverständnisse
- Solarthermie erzeugt Strom. Tatsächlich erzeugt sie Wärme.
- Solarthermie funktioniert nur im Sommer. Sie arbeitet auch im Winter, aber mit geringerem Ertrag.
- Eine große Anlage ist immer besser. Überdimensionierung kann zu Überschüssen und Stagnation führen.
- Die Hauptheizung wird vollständig ersetzt. Meist bleibt eine zusätzliche Wärmequelle erforderlich.
- Vakuumröhrenkollektoren sind immer besser. Flachkollektoren können wirtschaftlicher sein.
- Die Solarflüssigkeit hält unbegrenzt. Sie kann altern und muss geprüft werden.
- Solarthermie und Photovoltaik sind dasselbe. Die eine erzeugt Wärme, die andere Strom.
- Ein kleiner Speicher ist immer günstiger. Ein zu kleiner Speicher kann den nutzbaren Ertrag begrenzen.
Wussten Sie schon?
- Solarthermiekollektoren können einen großen Teil der Sonnenenergie direkt als Wärme nutzbar machen.
- Eine steilere Neigung kann den Winterertrag verbessern.
- Eine überdimensionierte Anlage kann im Sommer häufiger in Stagnation gehen.
Merksatz
Solarthermie macht aus Sonnenlicht Wärme, Photovoltaik macht daraus Strom.
Fazit
Solarthermie nutzt Sonnenstrahlung zur Erzeugung von Wärme für Warmwasser und Heizung.
Die wichtigsten Bauteile sind Solarkollektoren, Wärmeträgerflüssigkeit, Pumpe, Regelung, Wärmetauscher und Speicher.
Die Technik kann einen Teil des Wärmebedarfs erneuerbar decken. Entscheidend sind eine passende Dimensionierung, eine gute Wärmeabnahme, sorgfältige Planung und regelmäßige Wartung.
Häufig gestellte Fragen zu Solarthermie
Was ist Solarthermie einfach erklärt?
Solarthermie nutzt Sonnenenergie, um Wasser oder Heizungswasser zu erwärmen.
Erzeugt Solarthermie Strom?
Nein. Solarthermie erzeugt Wärme. Strom wird durch Photovoltaik erzeugt.
Wie funktioniert Solarthermie?
Solarkollektoren erwärmen eine Flüssigkeit, die Wärme zu einem Speicher transportiert.
Welche Kollektorarten gibt es?
Am häufigsten werden Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren eingesetzt.
Kann Solarthermie eine Heizung ersetzen?
In den meisten Gebäuden nicht vollständig. Eine zusätzliche Heizung bleibt erforderlich.
Funktioniert Solarthermie im Winter?
Ja, aber der Ertrag ist meist deutlich geringer als im Sommer.
Was ist der Unterschied zu Photovoltaik?
Solarthermie erzeugt Wärme, Photovoltaik erzeugt elektrischen Strom.
Braucht Solarthermie einen Speicher?
Ja, normalerweise wird ein Warmwasser-, Puffer- oder Kombispeicher benötigt.
Was ist der solare Deckungsgrad?
Er zeigt, welcher Anteil des Wärmebedarfs durch Solarthermie gedeckt wird.
Was bedeutet Stagnation?
Stagnation entsteht, wenn keine Wärme abgenommen wird und die Kollektortemperatur stark steigt.
Wie lange hält eine Solarthermieanlage?
Solarkollektoren können bei guter Qualität und Wartung viele Jahre genutzt werden.
Muss Solarthermie gewartet werden?
Ja. Druck, Frostschutz, Flüssigkeit, Pumpe, Sensoren und Speicher sollten geprüft werden.
Kann Solarthermie mit einer Wärmepumpe kombiniert werden?
Ja. Dafür ist eine sorgfältige hydraulische und regelungstechnische Planung wichtig.
Welche Dachausrichtung ist geeignet?
Süd ist oft ideal, aber auch Südost und Südwest können gute Erträge ermöglichen.
Wann lohnt sich Solarthermie besonders?
Sie ist besonders interessant bei hohem, regelmäßigem Warmwasserbedarf und geeigneter unverschatteter Fläche.