Solarthermie: Die Wärme der Sonne im Haus nutzen

Die Sonne stellt uns jede Menge kostenlose Energie zur Verfügung. Und wir Menschen lernen immer besser, diese Energie zu nutzen. Mithilfe der Solarthermie können wir die Energie der Sonne beispielsweise nutzen, um zu Heizen und unser Wasser zu erwärmen. Wann sich Solarthermie für Hausbesitzer lohnt und was sie bei der Nutzung beachten müssen.

Die Sonne scheint, lässt Pflanzen wachsen, wärmt Tieren das Fell und macht uns Menschen glücklich. Und mithilfe von Solarthermie erwärmt sie auch das Wasser, das wir zum Heizen, Duschen, Wäsche waschen und dergleichen benötigen.

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Noch liegt die Solaranlage auf dem Dach im Schatten. Doch wenn sich die Sonne noch etwas bewegt, werden hier Wärme und Strom produziert. Foto: bildergala / fotolia.de

So funktioniert Solarthermie

Die Sonnenstrahlen treffen auf Kollektoren, in denen sich – je nach Kollektorart – pures Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und einem Kältemittel befindet. Diese Flüssigkeit wird durch die Sonnenstrahlen erhitzt. Sie wird entweder unmittelbar genutzt oder überträgt die Energie an das Wasser in einem Pufferspeicher. Allerdings funktioniert nicht jeder Kollektor gleich:

Flachkollektoren sind in Deutschland weit verbreitet. Der Absorber ist flach, darunter zirkuliert in Rohren das Kältemittel. Nach unten schützt eine Dämmschicht vor Wärmeverlusten.

Vakuumröhrenkollektoren sind teurer als Flachkollektoren. Jedes einzelne Rohr ist von einem Absorber ummantelt und der wiederum von einem Glasrohr. Zwischen den beiden Rohren herrscht Vakuum, was eine nahezu perfekte Wärmedämmung ermöglicht. Röhrenkollektoren sind sehr effizient und werden vor allem dann eingesetzt, wenn nicht genug Platz für einen Flachkollektor vorhanden ist oder der Einstrahlwinkel der Sonne beispielsweise auf einem Dach in West-Ost-Ausrichtung nicht günstig ist.

Bei einem Luftkollektor wird nicht Wasser oder ein Kältemittel erwärmt, sondern Luft. Diese kann direkt ins Haus geblasen oder aber wie bei anderen Kollektoren an einen Pufferspeicher weitergegeben werden. Die Luft, die dabei abkühlt, kann wiederum zum Kühlen von Räumen genutzt werden. Auf diese Weise dient ein und derselbe Luftkollektor als Klimaanlage und zur Warmwassererzeugung. Weil Luft die Wärme der Sonne schnell aufnimmt und wieder abgibt, ist dieses System schnelle einsatzbereit, aber abhängig von direkter Sonneneinstrahlung.

Die Luftkanäle sind mehrere Zentimeter dick und verbrauchen sehr viel Platz. Das Risiko geplatzter Rohre und eines damit verbundenen Wasserschadens fällt dagegen weg.

Hybridkollektoren vereinen Photovoltaik und Solarthermie, produzieren also Wärme und Strom gleichzeitig. Ein Einsatz kommt vor allem dort in Frage, wo zwar die richtige Ausrichtung zur Sonne gegeben ist aber nur sehr wenig Platz vorhanden ist. Ansonsten sind Hybridkollektoren zu teuer.

Beim Thermosiphon befindet sich ein Wasserspeicher auf dem Dach. Das Brauchwasser wird im Kollektor durch die Sonneneinstrahlung erwärmt und steigt dadurch nach oben in den Speicher. Wird warmes Wasser beispielsweise beim Duschen verbraucht, entsteht ein Unterdruck, der kaltes Wasser von unten nachfließen lässt. Eine solche Anlage ist relativ günstig, kann aber nur bei warmen Außentemperaturen eingesetzt werden, weil das Wasser in der Anlage nicht gefrieren darf. Ein Frostschutzmittel kann nicht verwendet werden, weil das Brauchwasser direkt erwärmt wird.
Der Pufferspeicher

Der Pufferspeicher

Fast alle Solarthermieanlagen brauchen einen Warmwasserspeicher, weil das erhitzte Wasser nicht immer sofort verbraucht werden kann und sich auch nicht ausreichend Wasser im Kreislauf befindet, um beispielsweise Wäsche zu waschen. Je nachdem, welche Rolle die Sonnenenergie bei der Warmwasseraufbereitung spielt, ob es also zusätzlich beispielsweise eine Gasheizung gibt, wird ein größerer Speicher benötigt. Soll auch im Winter gänzlich oder überwiegend mit Sonnenenergie geheizt werden, ist ein Pufferspeicher mit mehreren tausend Litern Fassungsvermögen notwendig.

Solarthermie: auch solare Kühlung möglich

Doch mit Sonnenenergie kann man nicht nur heizen, sondern tatsächlich auch kühlen. Solche Anlagen nutzen das gleiche Prinzip wie Klimaanlagen. Diese erhitzen elektrisch angetrieben ein gasförmiges Kühlmittel, was aber auch die Sonne übernehmen kann. Das heiße Gas kondensiert unter Hochdruck und gibt dabei Wärme ab. Über ein Ventil gelangt es in eine Spirale mit sehr niedrigem Druck, wodurch es schneller verdampft. Die Wärme wird der Umgebung entzogen, die kühle Luft in den Raum gepustet. Diese Wärme reicht bereits aus, das Kühlmittel verdampfen zu lassen. Anschließend wird das Gas wieder weiter erhitzt und der Kreislauf beginnt von Neuem.

Solche Klimageräte kommen bislang nur in Hotels und anderen großen Gebäuden in warmen Ländern zum Einsatz. Ansonsten rentiert sich der technische Aufwand nicht. Wer dagegen in Deutschland eine Klimaanlage wünscht, kann sich eine ganz normale elektrische installieren und diese mit Sonnenstrom betreiben.

Hybride Geräte: Sonnenwärme und …

Solarthermie kann gut mit anderen Techniken kombiniert werden, beispielsweise mit Photovoltaik, um Wärme und Strom von der Sonne produzieren zu lassen. Das lohnt sich aber nicht immer, weil dann für beide Systeme ein Ersatz für die kalte Jahreszeit installiert und betrieben werden muss. In Kombination mit einer Wärmepumpe liefert die Solarthermie so viel Wärme, wie eben möglich ist, den Rest übernimmt die Wärmepumpe. Für eine solche Kombination sind allerdings keine Luft-Wärmepumpen geeignet, denn wenn es draußen kalt ist und die Sonne wenig scheint, haben auch Luft-Wärmepumpen mit Effizienzdefiziten zu kämpfen. Anders sieht es bei Erdwärmepumpen aus, die das ganze Jahr über effizient Wärme produzieren können.

Auch andere Kombinationen sind möglich, beispielsweise Solarthermie und ein wasserführender Holzofen, der an das Heizsystem angeschlossen ist und Brauchwasser erwärmen kann: Im Sommer, wenn der Ofen aus ist, erzeugt  die Sonne das warme Wasser, wenn es kälter wird und die Tage kürzer sind, schürt man den Ofen an und erwärmt so das Wasser, das auch in einem Pufferspeicher zwischengespeichert werden kann.

Kosten und Wirtschaftlichkeit

In Deutschland werden in erster Linie Flachkollektoren eingesetzt, weil diese am kosteneffizientesten betrieben werden können. Alle anderen Kollektoren sind teurer und werden üblicherweise nur dann verbaut, wenn besondere Voraussetzungen vorliegen.

Flachkollektoren gibt’s bereits für etwa 150 Euro pro Quadratmeter. Ein 4-Personen-Haushalt, der mithilfe von Solarthermie das Brauchwasser erwärmen will, also die Heizung nicht ersetzt, sondern ergänzt, braucht eine Fläche von ungefähr 5 Quadratmetern. Für die Kollektoren werden dafür mindestens 750 Euro fällig, zuzüglich Zubehörteilen und Installation. Je nach Hersteller und Qualität ist auch das doppelte möglich.

Den Pufferspeicher mit einer Fassung von 300 Litern gibt’s schon ab etwa 500 Euro. Auch hier gibt es natürlich deutlich teurere Modelle. Größere Haushalte oder solche, die mit Solarthermie auch heizen wollen, brauchen nicht nur mehr Kollektorfläche, sondern auch einen größeren Speicher.

Für die Rohre, die Pumpe und die Montage wird eine niedrige vierstellige Summe fällig.

Insgesamt kann man bei einer solchen Anlage mit Kosten von mindestens 3.000 Euro rechnen. Je nach Herstellerpreisen und Installationsaufwand ist aber auch mehr möglich, 6.000 Euro sollte die Obergrenze sein.

Wird diese Anlage im Bestand errichtet, gibt’s vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (Bafa) 500 Euro Förderung. Bei größeren Anlagen und solchen, die auch die Heizung übernehmen, gibt es mehr Geld. Im Neubaubereich kann man außerdem bei der KfW-Bank ein günstiges Darlehen beantragen.
Kann die 4-köpfige Familie etwa 200 Euro pro Jahr für das Warmwasser einsparen, amortisiert sich die Investition nach 15 bis 30 Jahren.

Voraussetzungen

Die Voraussetzungen, um Solarthermie nutzen zu können, sind recht einfach zu erfüllen. Optimal ist eine Dachneigung von 30 bis 50 Grad. Außerdem sollte das Dach nach Süden ausgerichtet sein, wobei Abweichungen von 45 Grad nach Westen oder Osten toleriert werden können. Das Dach sollte den ganzen Tag in der Sonne liegen und nicht beschattet werden.

Eine Baugenehmigung ist üblicherweise nicht erforderlich, dennoch sollten Hausbesitzer ihre Absicht mit dem regional zuständigen Bauamt absprechen. Beim Neubau wird ohnehin das gesamte Gebäude genehmigt, bei der Nachrüstung des Altbaus wird das Vorhaben möglicherweise geprüft, beispielsweise hinsichtlich des Brandschutzes, braucht aber ebenfalls keine Baugenehmigung. Sollte die Anlage auf einem Ständersystem auf dem Flachdach installiert werden, muss das zuständige Bauamt möglicherweise eine Erlaubnis geben. In den meisten Bundesländern dürfen Solaranlagen in die Abstandsflächen hineinragen.

Solare Fernwärme

Wer die Sonne zum Heizen nutzen will, muss allerdings gar nicht zwangsläufig eine eigene Solaranlage installieren. Theoretisch kann er auch solare Fernwärme nutzen. Wie aber bei normaler Fernwärme auch, ist das keine Frage der freien Wahl. Denn nur in den wenigsten Gegenden wird solare Fernwärme angeboten – und dann ist sie möglicherweise Pflicht.

Matthias Dittmann

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