Solarthermie - Leistung, Ertrag und Warmwasser
- Was ist Solarthermie?
- Wie ist eine Solarthermie-Anlage aufgebaut?
- Wie funktioniert Solarthermie?
- Leistung und Ertrag von Solarthermie
- Welche Arten von Solarthermie gibt es?
- Arten von Solarkollektoren
- Welche Speicher gibt es für Solarthermie?
- Was kostet Solarthermie?
- Förderung & Finanzierung von Solarthermie
Was ist Solarthermie?
Solarthermie ist eine Technologie, die Sonnenenergie nutzt, um Wasser oder andere Trägerflüssigkeiten zu erwärmen und diese in nutzbare Wärme umzuwandeln. Eine Solarthermieanlage ist demnach in der Lage, aus Sonnenstrahlen Wärme zu produzieren. Dazu werden Solarkollektoren auf das Dach montiert, welche die Sonnenenergie in Heizenergie zur Warmwasserbereitung oder zur Unterstützung der Raumheizung umwandeln.
Solarthermie wird für die Wärmeerzeugung genutzt, wohingegen eine Photovoltaikanlage mithilfe der Sonnenenergie ausschließlich Strom produziert.
Wie ist eine Solarthermie-Anlage aufgebaut?
Eine Solarthermieanlage setzt sich aus folgenden Hauptkomponenten zusammen:
- den Solarkollektoren
- einem Speicher
- einem Rohrsystem, in dem ein Wärmeträger, meist ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, zirkuliert
- einer Solarpumpe
- dem Solarregler
- sogenannten Ausdehnungsgefäßen
Wie funktioniert Solarthermie?
Die in den Röhren der Solar-Kollektoren befindliche Trägerflüssigkeit wird durch Sonneneinstrahlung erwärmt und mittels einer Pumpe durch das Rohrsystem zum Solarspeicher transportiert.
Die erwärmte Flüssigkeit wird mittels einer Pumpe durch das System zum Speicher transportiert. Hier wird die Wärme gespeichert, bis sie benötigt wird, beispielsweise für die Erwärmung von Trinkwasser oder die Unterstützung der Heizung im Gebäude.
Der Solarregler überwacht die Temperaturen im Speicher und in den Kollektoren. Wenn der Speicher Wärme aufnehmen kann und die Kollektoren warm genug sind, aktiviert der Regler die Pumpe, um die Wärmeübertragung zu ermöglichen. Ausdehnungsgefäße im System helfen, Druckunterschiede auszugleichen, die durch die Erwärmung und Abkühlung der Flüssigkeit entstehen.
Leistung und Ertrag von Solarthermie
Eine Solarthermie-Anlage ist umweltfreundlich und unterstützt die Energiewende, doch lohnt sich die Investition?
In Deutschland variiert die jährliche Sonneneinstrahlung je nach Region zwischen 900 und 1.200 Kilowattstunden pro Quadratmeter. Mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad solarthermischer Anlagen von etwa 50 Prozent lässt sich daraus ein Energieertrag von 450 bis 600 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr erzielen.
Solarthermieanlagen erzielen den besten Wirkungsgrad, wenn sie nach Süden ausgerichtet sind und einen Neigungswinkel zwischen 30 und 55 Grad aufweisen. Ausgehend davon können die Energiekosten für die Warmwasserbereitung um 40 bis 60 Prozent gesenkt werden. Bei Anlagen zusätzlich zur Beheizung, lassen sich die Kosten um 20 bis 30 Prozent reduzieren.
Die finale Höhe der Energiekosteneinsparungen variiert allerdings je nach Energiepreisen, Verbrauch, Gebäudeeigenschaften und Haustechnik. Diese Einsparungen können die anfänglichen Kosten aufwiegen, besonders bei steigenden Energiepreisen, und zu einer schnellen Amortisation der Anlage führen.
Welche Arten von Solarthermie gibt es?
Es gibt zwei Haupttypen der Solarthermie, die sich in ihrer Funktion und Nutzung unterscheiden:
Solarthermieanlagen zur Trinkwassererwärmung
Anlagen, die lediglich das Trinkwasser bzw. Nutzwasser erwärmen, nutzen in der Regel Flachkollektoren. Diese Systeme erfordern weniger Kollektorfläche und einen kleineren Speicher, was niedrigere Investitionskosten und einen geringeren Planungsaufwand zur Folge hat. Solche Anlagen für Warmwasser können bis zu 60 Prozent des Energiebedarfs für die Wassererwärmung solar decken, wobei sie im Sommer am effektivsten sind.
Solarthermieanlagen zur Heizungsunterstützung und Trinkwassererwärmung
Anlagen, die sowohl zur Heizungsunterstützung als auch zur Wassererwärmung dienen, sind kostenintensiver, lohnen sich jedoch besonders im Frühjahr und Herbst, wenn sie einen Großteil des Heizbedarfs abdecken können. Sie erreichen übers Jahr verteilt einen solaren Deckungsgrad von etwa 30 Prozent und verwenden meist die leistungsfähigeren Röhrenkollektoren sowie größere Speicher.
Arten von Solarkollektoren
Solar- oder Sonnenkollektoren sind das zentrale Element einer solarthermischen Anlage. In der Solarthermie wird zwischen zwei wesentlichen Typen von Solarkollektoren unterschieden:
Flachkollektoren ähneln äußerlich den Solarmodulen einer Photovoltaikanlage. Sie haben flache Absorberflächen aus Kupfer oder Aluminium, durch die sie die Wärme des Sonnenlichts aufnehmen. Flachkollektoren werden am häufigsten eingesetzt - vor allem für Anlagen zur Warmwasserbereitung. Im Regelfall deckt so eine Anlage etwa 60 Prozent des Warmwasserbedarfs. Die Kollektoren sind sehr viel günstiger als die effizienteren Vakuum-Röhrenkollektoren.
Vakuum-Röhrenkollektoren sind besser isoliert als Flachkollektoren und arbeiten effizienter. Die Absorberflächen sitzen in nebeneinanderliegenden Röhren, die vakuumiert sind. Diese Kollektoren sind zwar teurer, benötigen bei gleicher Leistung aber eine geringere Fläche als Flachkollektoren. Nutzen Sie Röhrenkollektoren zur Unterstützung der Raumheizung, erreichen Sie in der Regel einen solaren Deckungsgrad von etwa 30 Prozent.
Welche Speicher gibt es für Solarthermie?
Der Speicher einer Solarthermieanlage, auch Wärmespeicher genannt, speichert die in den Kollektoren aufgefangene Sonnenwärme, um diese zu einem späteren Zeitpunkt nutzen zu können.
Hierbei unterscheidet man zwischen Speichern, die speziell für die Warmwasserbereitung genutzt werden und solchen, die zusätzlich die Raumheizung unterstützen.
Trinkwasserspeicher
Wird verwendet bei ausschließlicher Nutzung zur Warmwassererzeugung. Dieser fasst im Einfamilienhaus typischerweise 300 bis 500 Liter und versorgt Bereiche wie Bad und Küche mit Warmwasser.
Pufferspeicher
Pufferspeicher für Solarthermie sind geeignet für Anlagen, die auch die Heizung unterstützen. Diese sind größer als Trinkwasserspeicher, enthalten Heizwasser und fassen in einem Einfamilienhaus üblicherweise zwischen 750 und 1.500 Liter.
Kombispeicher
Sie dienen als Puffer für Heizkessel und erwärmen Trinkwasser. Es gibt drei Varianten von Kombispeichern
- Tank-in-Tank-Speicher als kleinerer Trinkwasserspeicher im oberen Bereich eines größeren Heizwasserspeichers eingebaut.
- Durchlauferhitzer-Prinzip, wobei Trinkwasser bei Bedarf durch ein spiralförmiges Rohr im Warmwasserspeicher geleitet und erwärmt wird.
- Frischwasserstation, welche außerhalb des Speichers gelegen ist und das Trinkwasser mittels eines externen Wärmeübertragers, ähnlich einem Durchlauferhitzer, erwärmt.
Kosten für verschiedene Solarthermie-Speicher
Speicherart | Kapazität | *Kosten |
|---|---|---|
Trinkwasserspeicher | ca. 300 bis 500 Liter | ca. 1.000 Euro |
Pufferspeicher | ca. 750 bis 1.500 Liter | ca. 1.500 bis 3.000 Euro |
Kombispeicher | ca. 800 bis 1.500 Liter | ca. 1.300 bis 2.500 Euro |
Was kostet Solarthermie?
Im Durchschnitt betragen die Kosten für eine Solarthermie-Anlage für ein Einfamilienhaus zwischen 4.000 und 15.000 Euro. Solarthermie ausschließlich für Warmwasser ist günstiger, da sie mit Flachkollektoren betrieben werden kann. Eine Anlage, welche zusätzlich auch für die Heizung genutzt werden kann, ist teurer, da sie mit Röhrenkollektoren betrieben wird.
Zusätzlich zu den Kosten für die Kollektoren kommen noch Ausgaben für andere Komponenten wie Speicher, Regelungstechnik, Pumpe und die Montage hinzu.
Aktuelle Preise für Solarthermie-Kollektoren
Kollektoren-Art | Kosten pro m² Kollektorfläche* |
|---|---|
Flachkollektoren | ca. 220 bis 550 Euro |
Röhrenkollektoren | ca. 350 bis 850 Euro |
Beispiel Kosten für Solarthermieanlage für Warmwasser
Bestandteil | Kosten* |
|---|---|
5 m² Flachkollektoren | ca. 2.250 Euro |
300 Liter Trinkwasserspeicher | ca. 1.500 Euro |
Installation | ca. 1.900 Euro |
Gesamt | ca. 5.650 Euro |
Beispiel Kosten Solarthermieanlage für Warmwasser und Heizung
Bestandteil | Kosten* |
|---|---|
8 m² Vakuum-Röhren-Kollektoren | ca. 8.750 Euro |
1.000 Liter Kombispeicher | ca. 2.500 Euro |
Installation | ca. 2.500 Euro |
Gesamt | ca. 13.750 |
Förderung & Finanzierung von Solarthermie
Die Investition in eine Solarthermieanlage kann kostspielig werden. Solarenergie ist jedoch sehr umweltfreundlich ist und mit ihrem Gebrauch leisten Sie einen Beitrag zu den Klimazielen Deutschlands. Aus diesem Grund werden Solarthermieanlagen auf vielfältige Weise gefördert.
Staatliche Fördergelder werden über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) vergeben. Daneben gibt es zahlreiche Förder- und Finanzierungsmöglichkeiten über Programme der Bundesländer, Städte und Gemeinden.
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Es gibt zwei unterschiedliche Arten von Solaranlagen: Solarthermieanlagen und Photovoltaikanlagen. Eine Solarthermieanlage kann aus Sonnenstrahlen Wärme erzeugen, die dann für die Warmwasserbereitung und zur Raumheizung genutzt wird. Mithilfe einer Photovoltaikanlage wird hingegen Strom aus Sonnenenergie produziert.
Um mit Solarthermie Heizwärme oder Warmwasser zu produzieren, brauchen Sie Solarkollektoren. In den Kollektoren befinden sich Absorber, welche die einfallenden Sonnenstrahlen aufnehmen und in Wärme umwandeln. Diese Wärme erhitzt die ebenfalls im Kollektor befindliche Wärmeträgerflüssigkeit. Die warme Flüssigkeit läuft dann zum Wärmespeicher und wird von dort an den Verbraucherendpunkt weitergeleitet.
Die Kosten für eine Solarthermieanlage setzt sich aus drei verschiedenen Faktoren zusammen: den Kollektoren, dem Wärmespeicher und der Installation. Soll die Anlage mit Flachkollektoren ausgestattet werden, liegen die Kosten etwa bei 4.500 Euro, wenn nur Warmwasser erzeugt werden soll. Inklusive Unterstützung der Raumheizung kostet Sie die Anschaffung etwa 8.000 Euro. Je nach Art der Solarkollektoren und der Größe des Wärmespeichers kann der Preis auch höher ausfallen.
