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Die Sonne als Heizung: So funktioniert Solarthermie

Mit Solarthermie können Sie kostengünstig und umweltfreundlich Warmwasser und Heizungswärme erzeugen. Was Sie dazu brauchen: Die passende Anlage und den richtigen Standort.

Was ist Solarthermie?

Solarthermie ist die Umwandlung von Solarenergie in thermische Energie. Sie gehört zu den erneuerbaren Energien und hat das größte Potenzial unter diesen Energieformen. Der Grund: Die gesamte auf die Erdoberfläche auftretende Energiemenge übersteigt den Energiebedarf der Menschen bei weitem. Viel mehr noch – sie scheint nahezu unerschöpflich.

Wie funktioniert Solarthermie?

Durch Kernfusion erzeugt die Sonne in ihrem Inneren eine unvorstellbare Leistung von ca. 3,8 mal 10^26 Watt. Diese gibt sie anschließend in Form von Strahlung ab. Da die Oberfläche der Sonne kugelförmig ist, treten die Sonnenstrahlen fast gleichmäßig in alle Richtungen aus und treffen somit ständig auf die Erde.

Dort erwärmen sie unter anderem Flüssigkeiten, wie zum Beispiel das Wasser in einem freiliegenden Gartenschlauch. Die Solarenergie wird in thermische umgewandelt (Solarthermie). Macht man sich dieses Prinzip zu Nutze, können mit Solarthermie-Anlagen auch Warmwasser und Heizungswärme erzeugt werden.

Wo kommt Solarthermie zum Einsatz?

Solarthermie-Anlagen sind für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet. Verbraucher nutzen sie als dachgebundene Anlagen, sogenannten Sonnenkollektor-Systemen, auf Eigenheimen für die Erzeugung von Warmwasser und zur Entlastung der Heizung. Dabei können die Anlagen vor allem bei der Warmwasseraufbereitung überzeugen.

In diesem Bereich können sie bis zu 90 Prozent des Verbrauchs abdecken. Im Gegensatz dazu, hat sich Solarthermie zur Raumheizung noch nicht durchsetzen können. Zu groß sind die zeitlichen Unterschiede zwischen Wärmeproduktion und Wärmebedarf.

Allerdings eignen sich solarthermische Anlagen auch auf diesem Gebiet zur Reduzierung der Energiekosten. Neben der privaten Anwendung kommen solarthermische Anlagen auch für gewerbliche Zwecke zum Einsatz. Zum Beispiel dienen sie zur Erwärmung von Schwimmbecken oder zur Produktion von Prozesswärme.

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Aus welchen Komponenten besteht eine Solarthermie-Anlage?

Die Anlagen zur Warmwasseraufbereitung und die zur Erzeugung von Heizungswärme unterscheiden sich in ihrer Funktionsweise kaum. Folglich haben sie auch einen ähnlichen Aufbau. Sie bestehen für gewöhnlich aus folgenden Komponenten:

1. Solarkollektoren als Flach- oder Vakuum-Röhren,
2. eine Solarflüssigkeit (meist ein Wasser-Frostschutz-Gemisch),
3. ein Puffer- oder Solarspeicher für Heizungswärme und Warmwasser,
4. eine Gruppe an Pumpen,
5. ein isolierter Rohrkreislauf,
6. eine elektronische Regelung und
7. die eigentliche Heizanlage, damit die Warmwassererzeugung auch in Zeiten von geringer Sonneneinstrahlung zuverlässig funktioniert.

Wie funktioniert eine Solarthermie-Anlage?

Eine Solarthermie-Anlage wandelt nach einem einfachen Prinzip Sonnenenergie in Wärme um. Dafür fließt die Solarflüssigkeit durch dunkel gefärbte Solarkollektoren, die die Strahlungsleistung der Sonne absorbieren. Die Kollektoren haben einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad von etwa 80 Prozent.

Dadurch wird das Wasser-Frostschutz-Gemisch im Inneren der Röhren auf bis zu 95°C erhitzt und anschließend die Wärme über einen Wärmetauscher in den Pufferspeicher transportiert. Dessen Funktionsweise erinnert an eine Batterie. Sein Volumen beträgt ca. 60 bis 80 Liter pro Person. Wenn die Sonne nicht scheint, kann er noch mehrere Tage die gespeicherte Wärme abgeben.

Welche Voraussetzungen erfordert eine Solarthermie-Anlage?

Bevor Sie sich für eine Solarthermie-Anlage entscheiden, sollten Sie prüfen, ob Ihr Haus dafür geeignet ist. Grundvoraussetzung ist das Vorhandensein der passenden Fläche auf dem Dach. Zum einen muss sie ausreichend groß sein, um genügend Platz für die Kollektoren bereitzustellen. Für ein Einfamilienhaus gilt als erster Richtwert eine zusammenhängende Dachfläche von mindestens fünf Quadratmetern.

Außerdem muss Ihr Dach in der Lage sein, die zusätzliche Last der Anlage tragen zu können. Darüber geben vor allem die Schnee- und Windlast Auskunft. Doch kein Grund zur Sorge – in der Regel werden Dachflächen beim Bau mit einer ausreichenden Lastreserve ausgelegt. Zum anderen braucht die Fläche eine günstige Orientierung und weitgehende Schattenfreiheit.

In vielen Fällen entscheiden die Neigung und Ausrichtung des Daches über die mögliche Position der Kollektoren. Den höchsten Ertrag verspricht eine Ausrichtung nach Süden, wobei eine Abweichung von maximal 30 Prozent nach Westen oder Osten unbedenklich ist. In Bezug auf die Neigung wird die maximale Ausbeute erreicht, wenn die Sonnenstrahlung im Winkel von 90 Grad auf die Kollektoren trifft.

Da sich die Position der Sonne im Laufe des Tages aber verändert, sollte ein Experte je nach Anwendung und Standortbedingungen den optimalen Neigungswinkel für Ihre Anlage berechnen. Die Berater helfen Ihnen auch dabei, mögliche Störfaktoren wie schattenspendende Bäume, Antennen oder Master zu identifizieren.

Zu guter Letzt: Auch das Gebäude selbst muss für Solarthermie geeignet sein. Dazu ist ein ausreichender Wärmeschutz nötig. Er entscheidet maßgebend über den Ertrag und damit über die Effizienz einer Solarthermie-Anlage.

Welche Vorteile hat Solarthermie?

Solarthermie ist umweltfreundlich und kostengünstig. Zum einen werden keine Brennstoffe benötigt und die Wärme kann schadstofffrei erzeugt werden. Zum anderen sind die laufenden Kosten der Anlage sehr gering. Als Energiequelle benötigen Sie nur die Sonne und die stellt dafür keine Rechnung.

Neben den Anschaffungskosten fallen also nur die Kosten für die Wartung der Anlage an, wobei dieser Vorgang mit wenig Aufwand verbunden ist. Hinzu kommen: Der Einsparbetrag einer Solarthermie-Anlage muss nicht versteuert werden und es gibt verschiedene Förderprogramme zur Erleichterung der Finanzierung. Außerdem kann eine Solarthermie-Anlage in den meisten Fällen problemlos in ein Eigenheim integriert werden.

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Welche Nachteile hat Solarthermie?

Wenn Sie sich für die Anschaffung einer Solarthermie-Anlage entscheiden, nehmen Sie die Tatsache in Kauf, dass Sonnenenergie hierzulande eine unbeständige Größe ist. Nachts scheint sie überhaupt nicht, im Winter weniger intensiv als im Sommer und in manchen Regionen schwächer als in anderen Gegenden. Deshalb kann die Anlage den Energiebedarf oft nicht zu 100 Prozent decken. Vor allem zur Erzeugung von Heizungswärme ist sie nur eine kostenreduzierende Ergänzung zur eigentlichen Heizungsanlage.

Wann lohnt sich die Investition in eine Solarthermie-Anlage?

Experten sind sich einig: Aus ökologischer Sicht lohnt sich die Anschaffung einer Solarthermie-Anlage immer. Die ökologische Amortisationszeit (der Zeitraum, in dem die Anlage so viel Energie produziert hat, wie für ihre Herstellung notwendig war) ist erfreulicherweise recht kurz. Im Durchschnitt beträgt sie ca. zwei Jahre.

Über die Wirtschaftlichkeit der Investition entscheiden hingegen mehrere Faktoren. In der Regel ist sie aber auch aus dieser Sicht lohnend. Ausschlaggebend sind die Investitionskosten sowie die Höhe der Reduzierung des Öl- oder Gasverbrauchs.

Die Anschaffungskosten setzen sich aus dem Kaufpreis der Anlage, der Installation und weiteren Service-Leistungen zusammen. Häufig werden Komplettpakete angeboten, die für ca. 3.000 bis 6.000 EUR erhältlich sind. Die Nutzungsdauer einer solarthermischen Anlage beläuft sich auf 20 Jahre, wobei viele Anlagen auch nach dieser Zeit ohne gravierende Leistungseinbußen weiterlaufen.

Um die Ersparnis der laufenden Energiekosten berechnen zu können, ist zunächst der solare Deckungsgrad notwendig. Dieser gibt an, wie viel Prozent des Energiebedarfes für Warmwasser und/oder Heizungswärme durch Solarthermie gedeckt werden können. In der Praxis beträgt er insgesamt (für Warmwasser und Heizungswärme) ca. 60 Prozent.

Das ist üblicherweise genug, um den Warmwasserbedarf im Sommer vollständig abzudecken. Im Winter ist die Anlage in der Regel nicht ausreichend. Sie sorgt allerdings für eine erhebliche Reduzierung der Warmwasserkosten. Dabei gilt: Je höher die Preise für die Brennstoffe, desto rentabler ist eine solarthermische Anlage.

Fazit

Solarthermie ist eine nachhaltige Alternative zur Erzeugung von Warmwasser und Heizungswärme. Sie schont nicht nur die Umwelt, sondern auch Ihren Geldbeutel. Das Prinzip ist recht einfach: Auf der Erdoberfläche trifft Sonnenergie auf, die mit einer solarthermischen Anlagen in Wärmeenergie umgewandelt werden kann. Diese Energie erzeugt warmes Wasser für verschiedene Zwecke und kann je nach Anlage für einige Tage gespeichert werden. Die Kosten für die Anschaffung einer solchen Anlage sind überschaubar und die Reduzierung des Verbrauches an Öl oder Gas erheblich.



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