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Solarthermie

Solarkollektoren

Solaranlagen zur reinen Brauchwassererwärmung können heute kostengünstig und mit wenig Planungsrisiko gebaut werden. Mit einer (optimal ausgelegten) Solaranlage kann der Warmwasserbedarf von Mai bis September in der Regel zu 100 % gedeckt werden. Über das ganze Jahr hinweg liefert die Anlage 50 % bis 70 % der Energie für die Warmwasserbereitung.

Brauchwassererwärmung

Schema einer Solaranlage zur Brauchwassererwärmung

Das abgebildete Schema stellt eine "Standardlösung" für Solaranlagen zur Brauchwassererwärmung dar. Im Kollektor  befindet sich eine mit Frostschutzmittel versehene Flüssigkeit, die durch Sonnenenergie erwärmt wird. Die erwärmte Flüssigkeit wird mit Hilfe der Umwälzpumpe  in den Brauchwasserspeicher geleitet und gibt dort über einen Wärmetauscher  Wärmeenergie an das Brauchwasser ab. Das erhitzte Brauchwasser steigt nach oben und wird im oberen Bereich des Speichers entnommen. Im unteren Bereich des Speichers wird kaltes Frischwasser nachgeführt. Reicht die Sonneneinstrahlung nicht aus, um das Brauchwasser auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen, kann über eine Zusatzheizung  nachgeheizt werden.

Technische Hinweise zu Solarkollektoren

Sonnenkollektoren

  • Typen
    Es gibt grundsätzlich zwei verschiedene Bauarten von Sonnenkollektoren: Flachkollektoren und Vakuum-Röhrenkollektoren
  • Funktionsweise eines Vakuum-Röhrenkollektors Vakuum-Röhrenkollektoren bestehen aus mehreren Glasröhren, deren Kernstück eine selektiv beschichtete Absorberfläche ist. Um Wärmeverluste durch Wärmeleitung zu vermeiden, befindet sich in den Glasröhren ein Vakuum.
  • Funktionsweise eines Flachkollektors
    Beim Flachkollektor handelt es sich um einen gut wärmegedämmten Kasten mit Glasabdeckung, der als “Sonnenfalle” dient. Er wandelt kurzwelliges Licht in langwellige Wärme um, nimmt diese auf, und gibt sie an den Solarkreis ab.
  • Aufstellung
    Der Kollektor wird häufig auf dem Dach installiert (aufgesetzt oder integriert). Möglich ist auch eine Aufstellung an Balkonbrüstungen oder frei im Garten.

Vakuum-Röhrenkollektor oder Flachkollektor?

Der Wirkungsgrad von Vakuum-Röhrenkollektoren ist in der Regel höher als der von Flachkollektoren, weshalb für die gleiche Menge erzeugter Wärmeenergie weniger Fläche benötigt wird.
Vor allem in den Übergangsmonaten im Frühjahr und im Herbst macht sich der höhere Wirkungsgrad von Röhrenkollektoren bemerkbar. Aber auch an kalten Wintertagen mit Minustemperaturen und geringer Sonneneinstrahlung erzielen Vakuum-Röhrenkollektoren eine höhere Leistung. Mittlerweile sind jedoch Hochleistungsflachkollektoren auf dem Markt, die auch in den Übergangsmonaten sehr leistungsfähig sind. Einsatz finden Röhrenkollektoren vor allem auf Dächern, die nicht genau nach Süden orientiert sind.
Der Vorteil von Flachkollektoren besteht darin, dass sie im allgemeinen weniger störungsempfindlich und kostengünstiger sind. Außerdem rutscht im Winter bei Schneefall die Schneeschicht bei einem Flachkollektor aufgrund der glatten Oberfläche leichter ab, wohingegen bei einem gut isolierten Röhrenkollektor der Schnee haften bleibt. Der Flachkollektor kann arbeiten, der Röhrenkollektor ist mit Schnee bedeckt. Bei der Entscheidung für den richtigen Kollektortyp ist demnach das Preis- / Leistungsverhältnis genau abzuwägen.

Brauchwasserspeicher

Der Brauchwasserspeicher der Heizungsanlage kann auch für die Solaranlage verwendet werden, wenn dieser hoch und schmal ist und eine Einbaumöglichkeit für einen zweiten Wärmetauscher vorgesehen ist. Die Mindestdämmstärke sollte 6 cm betragen. Der Speicher ist in der Regel aus Edelstahl, innen emailliert oder mit Teflon beschichtet.

Rohrleitungen

Der Einbau einer Solaranlage erfordert zwei Rohrleitungen (Durchmesser 18 bis 22 mm) und ein Elektroleerrohr vom Wärmespeicher zum Dach. Sind diese nicht vorhanden, können die Leitungen in einem zusätzlich angebrachten Regenfallrohr, verlegt werden.

Wärmedämmung

Auf bestmögliche Wärmedämmung beim Leitungssystem und Warmwasserspeicher ist zu achten.

Voraussetzungen für das Anbringen einer Solaranlage zur Brauchwassererwärmung

  • Ideale Dachneigung zwischen 25° und 45°.
  • Südausrichtung +/- 45°, wobei Südwest besser ist als Südost.

 

Dimensionierung einer Solaranlage zur Brauchwassererwärmung

  • Für die Warmwasserbereitung (ca. 200 Tage warmes Wasser im Jahr nur von der Sonne, in der übrigen Zeit Vorwärmung) werden als Faustzahl 1,5 bis 2 m² Kollektorfläche pro Person (bei Flachkollektoren) und 80 bis 100 l Boilervolumen angesetzt.
  • Für einen 4-Personen-Haushalt sind in der Regel ca. 6 m² Kollektorfläche und 300 l Brauchwasserspeicher zu empfehlen. Bei Röhrenkollektoren reduziert sich die benötigte Kollektorfläche aufgrund des besseren Wirkungsgrades auf 3 bis 4 m².
  • Die Dimensionierung richtet sich jedoch nach den individuellen Gegebenheiten.

Kosten einer Solaranlage zur Brauchwassererwärmung

Die Kosten für eine Brauchwassersolaranlage mit 6 m² Flachkollektorenfläche schwanken derzeit zwischen 5.000 und 7.000 €. Der Preis beinhaltet die Montage durch einen Installateur. Da für die üblichen Heizsysteme stets ein Warmwasserspeicher benötigt wird, wurden nur die Mehrkosten für den zweiten Wärmetauscher berechnet.

Wer bei der Montage selbst Hand anlegen will, kann durch den Kauf eines Bausatzkollektors Geld sparen.

Umweltentlastung durch eine Solaranlage

Mit Solaranlagen kann abgasfrei und damit absolut umweltfreundlich Brauchwasser erwärmt werden. Solaranlagen haben eine positive Energiebilanz, d.h. sie "ernten" mehr Energie als zu ihrer Erstellung benötigt wird. Die energetische Amortisationszeit von Solaranlagen liegt bei zwei bis vier Jahren und ist somit sehr günstig.

Zusatzheizung mit Sonnenkollektoren

Solaranlagen, die neben der Brauchwassererwärmung noch einen spürbaren Beitrag zur Gebäudeheizung leisten, müssen wesentlich großzügiger dimensioniert werden, was Kollektorfläche und Puffervolumen betrifft. Da die Investitionskosten entsprechend hoch liegen, ist es dringend nötig, alle Details im Vorfeld sorgfältig zu planen.

Grundsätzlich gilt:

Bevor über den Einsatz von Sonnenenergie zur Gebäudeheizung entschieden wird, ist auf alle Fälle der Wärmeschutz des Gebäudes zu maximieren!

Technische Hinweise zur Zusatzheizung mit Sonnenkollektoren

Heizungsanlagen

Der Einsatz einer Zusatzheizung mit Sonnenkollektoren ist sinnvoll bei Niedertemperatur-Heizungsanlagen mit einer Vorlauftemperatur bis zu 55°C.

Optimale Voraussetzung für solare Heizungsunterstützung bieten Flächenheizsysteme wie Fußbodenheizung oder Wandheizflächen.

Pufferspeicher

Bei einer Zusatzheizung mit Sonnenkollektoren werden in der Regel zusätzliche Pufferspeicher benötigt. Der Kollektor heizt normalerweise erst das Brauchwasser im Boiler auf. Die überschüssige Energie geht in den Puffer. Damit können in der Übergangszeit einige Räume, wie z.B. Bad und Kinderzimmer, temperiert werden.

Speziell bei Holzheizungen werden heute häufig Pufferspeicher eingeplant. Sie sind deshalb für die Kombination mit einer Solaranlage in der Regel gut geeignet. Doch auch bei Gebäuden mit Öl und Gaszentralheizung ist eine solare Heizungseinbindung gut möglich.

Voraussetzungen für die aktive Nutzung von Sonnenenergie zur Heizungsunterstützung

  • Der spezifische Heizenergieverbrauch des Hauses sollte 20 % bis 30 % unter den Anforderungen der gültigen Wärmeschutzverordnung vom August 1994 liegen. Dies entspricht im Jahr ca. 40 kWh/m², was einen jährlichen Ölverbrauch von weniger als 4 l/m² bedeutet.
  • Ideale Dachneigung oder Kollektoranstellwinkel zwischen 45° und 60°. Ein geringerer Neigungswinkel hat zur Folge, daß die rechtwinkelige Lage zur Sonne  und damit die höchste Leistung  in den Sommermonaten erreicht wird, wo naturgemäß der geringste Energiebedarf besteht. Damit werden die Überschußprobleme größer, während aufgrund der ungünstigen Neigung in der Übergangszeit und im Winter weniger Energie eingefangen wird als möglich wäre.
  • Südorientierung des Daches.
  • Ungehinderte Besonnung der Kollektorflächen auch in den Wintermonaten.

Dimensionierung einer Solaranlage zur Heizungsunterstützung

Meist werden Solaranlagen für die sommerliche Warmwasserbereitung dimensioniert und unterstützen die Raumheizung in den Übergangszeiten.

Als Faustzahl werden je 5 m² beheizter Fläche 1 m² Kollektorfläche mit 70 bis 100 l Puffervolumen angesetzt.

Die exakte Dimensionierung ist jedoch von vielen variablen Faktoren abhängig und sollte deshalb nur von erfahrenen Planern und Fachfirmen ausgeführt werden.

Kosten einer Solaranlage zur Heizungsunterstützung

Die Kosten für eine Solaranlage zur Heizungsunterstützung orientiert sich an der beheizten Fläche des Gebäudes, von der wiederum die benötigte Kollektorfläche abhängt. Pauschale Angaben können deshalb nicht getroffen werden. Informieren Sie sich bei Ihrem Heizungsfachbetrieb.

Solare Deckungsrate einer Solaranlage

Eine Solaranlage zur Brauchwassererwärmung kann in den Monaten Mai bis August den Warmwasserbedarf in der Regel fast vollständig decken. Die Deckungsrate hängt von der Größe der Kollektorfläche und vom Typ des Kollektors ab. Weitere Einflußfaktoren sind die Dachausrichtung, die Dachneigung und die Größe des Brauchwasserspeichers.

Solare Deckungsrate einer Solaranlage

In den Übergangsmonaten im Frühjahr und Herbst ist die Deckungsrate eines Vakuum-Röhrenkollektors höher als beim Flachkollektor.

Die jährliches Deckungsrate einer Solarkollektoranlage kann mittels eines Computerprogramms errechnet werden. Betreiber von Solaranlagen und sonstige Interessenten können sich beim Sachgebiet Umwelt und Agenda 21 der Stadt Neuburg an der Donau die Deckungsrate der Solarkollektoranlage kostenlos berechnen lassen.

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