Die Wärme der Sonne nutzen – Die Solarthermie
Mit einer Solarthermie wird die Sonnenenergie umgewandelt in nutzbare thermische Energie. Die Sonne ist ein zentrales Element in unserer Versorgung mit erneuerbarer Energie. Im privaten Bereich nutzt man eine Solarthermie vor allem zur Gebäudeheizung und -klimatisierung in Kombination mit einer Wärmedämmung und passiver Nutzung Sonnenstrahlen.
Hier zeigen wir Ihnen, weshalb sich eine Solarthermieanlage auch für Sie rechnen könnte. Wir erklären Ihnen, was eine Solarthermieanlage ist und wieviel diese kostet und wann sich diese für Sie amortisiert.
Das Prinzip der Solarthermie
Auf dem Dach eines Gebäudes ist der Kollektor montiert, der von einer speziellen Flüssigkeit durchströmt wird, die die Wärme aufnimmt. Im Wärmetauscher wird diese Wärme an das Wasser abgegeben, das zum Heizen durch das Gebäude geleitet wird. In einem Pufferspeicher wird für den Abend und die Nacht Wasser gespeichert.
Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren und Parabolrinnenkollektoren und Solartürme werden genutzt, um die Sonnenenergie einzufangen. Die Solarthermieanlage ist allerdings derzeit nur sinnvoll als kombinierte Warmwasser- sowie Heizungsunterstützung. Solche Anlagen sind die einzigen, die das Bundesamt für Wirtschaft noch unterstützt.
Die Nutzung und die Funktionen moderner Solarthermieanlagen
Die Solarthermie ist eine zuverlässige Technologie, um Solarenergie zu nutzen und Wärme zu erzeugen. Während Photovoltaik überall im Gespräch ist, stellt die Solarthermie gerade in Mitteleuropa eine hervorragende Möglichkeit dar, die Sonnenenergie günstig zu nutzen. Warmes Wasser kann gut gespeichert werden, sodass es auch nachts noch warm ist.
Die Solarkollektoranlagen absorbieren die Sonnenwärme auf dem Hausdach. Ein Wasser-Frostschutz-Gemisch erhitzt sich auf bis zu 95° Celsius und schickt diese Wärme durch einen Wärmetauscher in den Solarspeicher. Mit einer Pumpe läuft das abgekühlte Gemisch wieder zum Kollektor und der Vorgang geht von vorne los.
Der Pufferspeicher gleicht das unterschiedliche Energieangebot der Sonne aus, so dass über mehrere Tage die gespeicherte Sonnenwärme ein Haus mit warmem Duschwasser sowie Heizungswärme auch ohne Sonne versorgen kann.
Die Solarthermie-Komponenten
- Solarkollektoren in Flach- oder in Vakuumröhren-Bauweise
- Puffer- oder Solarspeicher für Warmwasser sowie Heizungswärme
- Pumpengruppe mit einem isolierten Rohrkreislauf sowie einer elektronischen Regelung
- Kombination mit der Heizungsanlage auch für den Winterbetrieb
Die Kollektoren
Der Wirkungsgrad aktuelle Kollektoren beträgt 60 bis 70 Prozent. Für die private Nutzung werden in der Regel Flach- oder Vakuumröhren eingesetzt.
Kollektoren mit der Konzentration der Strahlung zur Anhebung der Temperatur
Flachkollektoren arbeiten mit einer Temperatur von etwa 80 °C. Das Licht wird in ihnen nicht gebündelt, sondern direkt erwärmt durch eine flache wärmeabsorbierende Fläche. Die Wärme wird in die Röhren geleitet, in denen das Wärmeträgermedium fließt. In diesen Kollektoren wird als Wärmeträgermedium meist ein Wasser-Propylenglycol-Gemisch im Verhältnis von 60 zu 40 verwendet. Bei 40 Prozent Propylenglycol erreicht man einen Frostschutz bis zu -23 °C ohne Volumenzunahme und eine Siedetemperatur von 150 °C und mehr. Modernste Flachkollektoren haben anstatt des Dämmmaterials eine Vakuum-Isolierung ähnlich der Vakuumröhrenkollektoren. Das steigert den Wirkungsgrad.
Vakuumröhrenkollektoren
Vakuumröhrenkollektoren sind aufgebaut aus zwei konzentrischen Glasröhren, die ineinander gebaut wurden. Dazwischen befindet sich ein Vakuum, das die Strahlungsenergie der Sonne zum Absorber überträgt, dabei einen Verlust an Wärme aber stark verringert. Die innere Röhre ist gefüllt mit einem Wärmeübertragungsmedium, das meist aus Wasser-Diethylenglycol ist und sich bis zur einer Betriebstemperatur erwärmt von etwa 150 °C. Mittels Pumpen wird die Wärme transportiert. Sogenannte offene Systeme erhitzen das Wasser direkt. Diese Kollektoren arbeiten üblicherweise. Die Vakuumröhrenkollektoren besitzen höhere Wirkungsgrade als die Flachkollektoren, sind allerdings teuer in der Anschaffung.
Kollektoren mit Konzentration zur Anhebung der Temperatur
Vakuumröhrenkollektoren mit Reflektoren können die Strahlung konzentrieren auf das Wärmeträgermedium. Derzeit werden auch dicht gepackte Vakuumröhrenkollektoren ohne Reflektor angeboten. Die Konzentrationswirkung ist unterschiedlich stark und soll zum einen weniger Strahlung auf die Ziegel durchlassen und zum anderen mit einem größeren Abstand kostengünstiger die Strahlung auf den Absorber konzentrieren. Die Reflektoren haben den Nachteil, dass sie verschmutzen und somit vorsichtig gereinigt werden müssen.
Parabolrinnenkollektoren fokussieren die Sonnenenergie auf eine zentrale, absorbierende Wärmeleitung. Wärmeträger sind hierbei Öle, die auf Temperaturen von 200 bis 500 °C erhitzt werden.
Solartürme haben einzelne Flachspiegel, die der Sonne nachgeführt werden. Die Wärmeenergie wird in die Spitze geleitet, wo sich der eigentliche Absorber befindet. Dabei werden sehr hohe Temperaturen von über 1.000 °C erzeugt werden. Strahlungstemperatur der Sonne von ungefähr 5.500 °C ist aber nur eine theoretische Größe. Als Wärmeträgermedium nutzt man Luft oder Öle oder flüssiges Natrium verwendet.
Beim Wirkungsgrad der Kollektoren spielt die Reflexion der Sonnenstrahlung eine große Rolle. Moderne Kollektoren arbeiten mit entspiegelten Spezialgläsern zur Reduktion dieser Reflexion.
Die Kosten einer Solarthermie
Eine Solarthermie kann zwischen 3000 und 12000 Euro kosten. Vor allem hängen die Kosten davon ab, ob die Solarheizung mit integriert wird.
Einen ungefähren Überblick geben die folgenden Informationen:
Pro Person braucht man 1 bis 1,5 Quadratmeter Kollektorfläche. Wenn die Anlage auch Heizen soll, sind etwa 3 bis 4 Quadratmeter nötig. Wenn die Dämmung des Hauses nicht so gut ist, wird mehr Kollektorfläche benötigt.
Der Solarspeicher sollte pro Person 80 Liter fassen. Bei Unterstützung der Heizung muss er allerdings je nach Gebäudegröße 3 mal so groß ausgelegt sein.
Kosten für den Flachkollektor: Etwa 300 Euro pro Quadratmeter: Man braucht aber 30 % mehr Kollektorfläche wegen der Effizienz.
Kosten für Röhrenkollektoren: Etwa 750 Euro pro Quadratmeter
Kosten für Montage von Pumpen und Rohren als Mittelwert 1.500 Euro
Die Solarthermie nur für Warmwasserbereitung
Wenn eine Solarthermieanlage ohne Heizungsunterstützung für einen Haushalt mit vier Personen gebraucht wird, sieht die Berechnung wie folgt aus. Dabei versorgt die Solarthermie das Nutzwasser für Bad und Küche und die Waschmaschine:
Flachkollektor 5 Quadratmeter 1.800 € und
300-Liter-Speicher 1.200 € und
Installation der Rohre und Pumpe und Montage 1.500 €
Das sind Gesamtkosten von 4.500 € und
Jährliche Ersparnis bei den Warmwasserkosten von 180 bis 250 €
Der ungefähre Amortisationszeitraum beträgt 21 Jahre.
Das High-Flow-System der Solarthermie
Fließt das Wasser mit etwa 30-50 Litern/Stunde die Kollektoren hindurch, ist das eine High-Flow-Anlage. Das Wärmeträgermedium wird bei dieser Fließgeschwindigkeit um ca. 10°C erwärmt, bei einer Sonneneinstrahlung von 800 bis 1000 W/m². Wenn der Speicher 20°C warm war, kommt der Wärmeträger mit 30° wieder. Das wird einige Male wiederholt und die Temperatur des Wassers steigt langsam und gleichmäßig.
Der niedrige Durchfluss – Das Low-Flow-System
Wird die Durchflussmenge durch den Kollektor reduziert auf 15-20L / m², so wird der Wärmeträger stärker erwärmt und zwar um 20-30°C. Mit externen Wärmetauschern und einem Schichtenspeicher kommt das Wasser schnell nach oben und heiß in den Speicher.
So erreicht man schneller eine hohe Wassertemperatur, das ist der Vorteil. Er wird erkauft durch den Nachteil höherer Kosten wegen des zusätzlichen Schichtenspeichers und den externen Wärmetauschern.
Anlagen mit drehzahlgeregelter Pumpe – Matched flow
Die Pumpe der Solaranlage passt sich an die Sonneneinstrahlung an und wird gesteuert
durch die Temperaturdifferenz zwischen Kollektor sowie Speicher.
dadurch wird die Solltemperatur eher erreicht und die Pumpe nur nach Bedarf gebraucht, allerdings wieder mit externen Wärmetauschern und Schichtenspeicher.
Solar Warmwasser als Schwerkraftanlage
Man verzichtet hier auf eine Pumpe, da das erwärmte Wasser automatisch aufsteigt in den Leitungen und über den Kollektor in den Speicher steigt, der auf dem Dach montiert ist. Kaltes Wasser in Speicher sinkt und kommt damit automatisch wieder in den Kollektor zur Erwärmung.
Die Solarthermie für die Kombination von Warmwasser und Heizung
Da die Solarthermie-Anlage heizungsunterstützend eingesetzt wird, braucht man zum Heizen weniger Brennstoff. Wegen der Heizungsunterstützung ist Auslegung der Anlage größer, aber auch für einen Haushalt von vier Personen. In der kühleren Jahreszeit kann die Sonne die Heizung mit ihrer Wärme unterstützen Da man weniger Brennstoff zum Heizen braucht, fällt der Öl- oder Gasverbrauch geringer aus.
Flachkollektor von 15 m² von 3.500 bis 4.500 € und
1.000 Liter Kombispeicher 2.000 € und
Installation der Rohre und Pumpe und Montage 2.000 €
Das sind Gesamtkosten von 9.500 € und
jährliche Ersparnis bei den Heizkosten von 550 bis 750 €
Der Amortisationszeitraum beträgt etwa 14,5 Jahre.
Die Kosten der Solarthermie mit Vakuumröhren-Kollektoren
Die Vakuumröhren-Kollektoren brauchen weniger Platz, kosten aber mehr. Bei einem Haushalt mit vier Personen benötigt man:
Vakuumröhren-Kollektor mit 8 m² 7.000 € und
1.000-Liter-Kombispeicher 2.000 € und
Installation der Rohre und Pumpe und Montage 2.000 € und
Das sind Gesamtkosten 11.000 € und
jährliche Ersparnis bei den Heizkosten 550 bis 750 €
Der Amortisationszeitraum beträgt etwa 17 Jahre.
Förderungen für Solarthermieanlagen
Förderung von der BAFA
Die BAFA Förderung kann die Kosten nochmal senken bei Neuinstallation sowie Erweiterung einer bestehenden Anlage. Die Förderung besteht aus einer Basisförderung und Boniförderungen.
Flachkollektoren müssen mindestens 7 qm Bruttokollektorfläche oder mehr haben und der Pufferspeicher 40 Liter / qm Bruttokollektorfläche Volumen besitzen und bei reinen Warmwasseranlagen: 3 qm und mehr und mindestens 200 Liter Puffervolumen.
Vakuumröhren- oder Vakuumflachkollektoren müssen mindestens 7 qm Bruttokollektorfläche oder mehr besitzen und einen Pufferspeicher von 50 Liter / qm Bruttokollektorfläche.
Die Kollektoren müssen das Solar Keymark Zeichen tragen.
Ein Beispiel für Warmwasser und Heizung oder solare Kälte: bis 14 qm Kollektoren 2.000 € Förderung, 15 bis 40 qm Förderung 140 €/m2.
Die Förderung der KfW
- 7,5% der Kosten der Solarthermie-Anlage wenn sie eigenfinanziert wird
- Ein günstiger Kredit ist möglich bis 50.000 Euro bei 1% Zinsen p.a.und 10 Jahren Laufzeit
- Nur in Kombination mit einer Öl- oder Gasheizung
Der Solarthermie Test – Die besten Produkte der Solarthermie-Hersteller
Die Hersteller von Solarthermie bieten eine erstaunlich gute Qualität. Bei 10 von 12 Solarthermie-Kollektoren wurde im Test „gut“ sowie „sehr gut“ vergeben.
Auch beim Test der Kombipakete schnitten die Anlagen sehr gut ab.
Solaranlagen-Kombipakete wurden unter die Lupe genommen mit Solarthermie-Speichern und optimaler Regelung. Mit Vorteil, dass alles optimal aufeinander abgestimmt wurde, ist die hohe Anlagen-Effizienz fest eingebaut.
Beim Solarthermie-Kombianlagen-Vergleich kam folgendes heraus:
- Die Solarthermie-Anlagen sparen etwa ein Viertel der Heizkosten ein
- Die Einsparung der Energie in Öl oder Gas kommt auf 17 bis 29 Prozent
- Die Anlagen amortisieren sich etwa innerhalb von 33 Monaten
Die Kombipakete für Solarthermie besitzen die Ausstattung für einen Haushalt mit vier Bewohnern. Vakuum-Röhrenkollektoren benötigen weniger Fläche als Flachkollektoren, die Fläche variiert somit von 7 bis 14 Quadratmetern. Die Solarthermie-Pufferspeicher fassen zwischen 640 und 1000 Litern.
Vitosol 200-F SV2 Solarpaket von Viessmann mit Flachkollektor für 10.500 € Note 1,8
Wagner Combi line SH 1440 AR AD von Wagner Solar mit Flachkollektor für 9.900 € Note 1,8
Elco Auron DF 70 HU von Elco mit Vakuumröhren für 14.500 € Note 1,9
Paradigma AquaPaket CPC/Titan von Paradigma mit Vakuumröhren für 13.200 € Note 1,9
Solvis SolvisMaxpaket SX 4A AD von Solvis mit Flachkollektor und Gaskessel für 18.500 € Note 1,8
Laufende Kosten der Solarthermie-Anlage
Laufende Kosten für eine Solarthermie-Anlage fallen für die Wartung an und die Versicherung und wenn vorhanden, für den Strom beim Betrieb der Umwälzpumpe an. Die Wartung der Anlage kommt jährlich zwischen 50 bis 100 Euro.
Die Kosten der Umwälzpumpe sind vom Stromanbieter abhängig, etwa 20 Euro jährlich.
Eine Solarthermie Versicherung kann Schäden abdecken aufgrund von Witterung(Hagelschaden) und Diebstahl und Vandalismus ab und kostet rund 40 Euro jährlich.
Die Einsparung an Gesamtwärme liegt bei der reinen Warmwasseraufbereitung bei etwa 10 %, bei einem kombinierten System bei etwa 20 %.
Alle Hersteller bieten mittlerweile technisch hochwertige und qualitativ gut und sehr gut getestete Anlagen an wie das Magazin Ökotest und die Stiftung Warentest in ihren Tests gezeigt haben. Die Fachbetriebe in ihrer Nähe finden Sie im Internet.
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