Renaissance auf dem Dach

Ein Drittel des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland entfällt auf die Heizung und die Warmwasserbereitung. Solarthermische Anlagen können vor allem im gut wärmegedämmten Neubau mit einer Fläche ab 20 m² etwa 50% der hierfür in einem Haushalt benötigten Energie liefern. Aber auch Bestandsbauten sind nicht außen vor.

Die Entwicklung des Marktes für solarthermische Anlagen war in den letzten Jahren rückläufig. Doch mit der seit Anfang des Jahres 2020 durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) aufgelegten attraktiven Förderung haben sich positive Effekte eingestellt: Im ersten Halbjahr sind über 200 % mehr Solarthermie-Förderanträge gestellt worden als im Vergleichszeitraum im Vorjahr.

Der Gebäudebereich steht – je nach Berechnung – für etwa 35 bis 40 % des Gesamtenergieverbrauchs. Gleichzeitig sind im deutschen Anlagenbestand von 21 Mio. installierten Heizungsanlagen nicht nur ca. 12 Mio. Anlagen technisch veraltet, auch basiert der Großteil der Systeme auf Gas oder Öl. Das geht aus dem Positionspapier des BDH (Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie) hervor.

Kampf gegen den Sanierungsstau

Um insbesondere die Installation solarthermischer Anlagen auf Bestandsgebäuden anzuschieben, stellt der Staat Fördermittel bereit. Neben Privatpersonen können auch Vereine, Kommunen und Zweckverbände die Gelder beantragen. Allerdings muss die solare Kollektorfläche bei ausschließlicher Warmwasserbereitung mindesten 3 m² betragen und der zugehörige Pufferspeicher mindestens 200 l fassen. Heizungsunterstützende Solaranlagen mit Flachkollektoren erfordern dabei eine Fläche von mindestens 9 m² und einen Warmwasserspeicher mit einem Volumen von 40 l/m² Kollektorfläche. Anlagen in Kombination mit Vakuumröhrenkollektoren sind ab einer Fläche von mindestens 9 m² und einem Pufferspeicher mit einem Volumen von 50 l/m² Kollektorfläche förderfähig. Aber auch auf Neubauten installierte Anlagen mit großen Kollektorflächen ab 20 m² wie sie z. B. Sonnenhäuser aufweisen, werden unter bestimmten Voraussetzungen gefördert. Zu beachten ist allerdings, dass Anträge auf Zuzahlung vor Auft ragserteilung beim BAFA einzureichen sind. Die Auszahlung der Fördermittel erfolgt hingegen erst, wenn die Anlage installiert wurde.

Vor Installation einer solarthermischen Anlage ist das gesamte Heizsystem eines Objektes in Betracht zu ziehen. Ein Solar-Konfigurator unterstützt dabei, das für ein Objekt passende System auszuwählen. Aber auch die Hersteller von Kollektoren und Speichern unterstützen dabei.

Hochwertige Komponenten

Montieren lassen sich solarthermische Anlagen auf oder in dem Dach oder lassen sich frei aufstellen. Ferner eignen sich die Module oftmals auch für die Fassadenmontage. Flachkollektoren kommen vielfach im Bereich der Ein- und Zweifamilienhäuser für die Warmwassererzeugung und die Unterstützung fossiler oder regenerativer Heizungen in Betracht. Die Unterschiede der am Markt angebotenen Module sind dabei im Detail zu finden. Beispielsweise haben die Kollektoren „FK 26 W“ und „FK 26 WL“ von Brötje eine tiefgezogenen Aluminiumblechwanne; die Reihe „FKR 25“ haben einen pulverbeschichteten Aluminium-Rahmen. Bis zu zehn der mit vier Anschlüssen bestückten Module lassen sich miteinander verbinden. In nahezu unbegrenzter Anzahl können hingegen die Vakuumröhrenkollektoren „HP/DF“ in Serienoder Parallelschaltung aneinandergefügt werden.

Die Flachkollektoren „TopSon F3-1“ und „TopSon F3-1Q“ von Wolf haben ebenfalls eine tiefgezogene Aluminium-Wanne. Auch bei diesem System lassen sich bis zu zehn Module zusammenschließen.

Das Herz einer Anlage

Das zentrale Bauteil einer Solarthermieanlage ist der im Kollektor verbaute, selektiv beschichtete Solarabsorber. Dieser nimmt 95 % der Sonnenstrahlen auf. In der Regel sind die Absorber mäanderförmig im Kollektor verlegt. Das hat Vorteile beim Leerlauf und beim Befüllen und Entleeren. Zudem wird die Wärmeträgerflüssigkeit bei Dampfbildung und im Stagnationsfall aus den Kollektoren verdrängt. Dadurch erhöht sich die Langzeitstabilität der Wärmeträgerflüssigkeit.

Während Flachkollektoren Temperaturen von gut 100 °C erzielen, erreichen Vakuum-Röhrenkollektoren Temperaturen über 300 °C. Durch die höhere Leistung je installierter Fläche können Vakuum-Röhrenkollektoren auch hohe Wärmebedarfe, wie sie etwa Anwesen mit eigenem Pool aufweisen, versorgen.

Die von Paradigma mit der Serie „Aqua Plasma“ angebotenen Vakuumröhren setzen sich aus einer inneren und einer äußeren Glasröhre zusammen. Der Zwischenraum der auf einer Seite halbkugelförmig geschlossenen und auf der anderen Seite miteinander verschmolzenen Röhren ist gegen Wärmeverluste vakuumisoliert. Zusätzlich lenken reflektierende CPC-Spiegel (Compound Parabolic Concentrator) zwischen den Röhren aufkommende Sonnenstrahlen zur lichtabgewandten Seite der Röhren. Dadurch wird das Sonnenlicht immer im optimalen Winkel auf den Absorber gelenkt.

Das „AquaSolar System“ von Paradigma arbeitet nach dem sogenannten Intervall- oder Eimerladeprinzip. Eine Solarpumpe transportiert dazu kaltes Heizungswasser zum Kollektor, wo es von der Sonne erhitzt wird. Die Pumpe schaltet sich nur dann ein, wenn im Kollektor ein lohnendes Maß an Solarwärme zur Verfügung steht. Als Wärmeträgermedium dient das Heizungswasser. Um Frostsicherheit zu gewährleisten, muss das Wärmeträgermedium auch während der Wintermonate durch das System gepumpt werden. Der hierfür erforderliche Energieaufwand liegt laut Paradigma bei maximal 3 % der jährlich erzeugten Energie.

Ausgeklügelte Speichersysteme

Über den Solarkreislauf gelangt die Wärmeenergie an einen Speicher, wobei die Strömungsgeschwindigkeit die Wärmeübertragung beeinflusst. So weisen Low-Flow-Solaranlagen einen stündlichen Volumenstrom zwischen 7 und 25 l/m² auf. Weil sich die Differenz zwischen Vorund Rücklauf des Heizungswassers innerhalb des Systems vergrößert, ist es erforderlich, diese Systeme mit einem Schichtspeicher zu koppeln.

High-Flow-Solaranlagen kennzeichnen sich hingegen durch einen stündlichen Volumenstrom zwischen 30 und 80 l/m² installierter Kollektorfläche aus. Die dabei entstehenden hohen Durchflussgeschwindigkeiten ermöglichen einen schnellen Abtransport der Wärme. Dadurch verringern sich Wärmeverluste bei hohen Kollektorbetriebstemperaturen. Allerdings ziehen die hohen Volumenströme auch höhere Betriebskosten nach sich.

Um wirtschaftlich arbeiten zu können, benötigen thermische Solaranlagen also Speicher mit einem bestimmten Puffervolumen. Angeboten werden Speicher für die direkte Trinkwassererwärmung, zur Erwärmung von Heizungswasser und die nachgeschaltete Erwärmung von Trinkwasser durch das Heizungswasser anhand eines zusätzlichen Wärmeübertragers. Paradigma hat beispielsweise Warmwasser- und Pufferspeicher mit einem Volumen von 120 l bis 6000 l im Programm. Die aus Stahl gefertigten Solarspeicher der Serie „Aqua“ eignen sich für Anlagen mit Warmwassertemperaturen bis 95 °C und Betriebsüberdrücke bis 10 bar. Die Speicher haben eine Wärmedämmung aus FCKW-freiem Polystyrol, eine Reflektionsbeschichtung und siphonierte Speicheranschlüsse. Eine Emaillierung mit Opferanode schützen vor Korrosion.

Außerdem bietet Paradigma den Speicher „Aqua Expresso III“ mit Volumen zwischen 500 und 1047 l Speicherinhalt an. Der senkrecht stehende Heizungspufferspeicher übernimmt über eine Frischwasserstation auch die Trinkwassererwärmung. Eine ähnliche Bauweise hat der Multifunktionsspeicher „BSP-SL-1000“ von Wolf. Auch er übernimmt die Trinkwassererwärmung über eine Frischwasserstation und dient als Heizungspuffer.

Alles im Griff

Regelungsmodule messen mittels Fühler die Temperaturen im Kollektor und im Speicher. Ferner binden sie die Solarenergie in den Heizkreislauf ein und schalten bei Bedarf einen Fremdkessel hinzu. Ist ein Solarregler zudem mit einem Diagnosesystem ausgerüstet, lassen sich bei auftretenden Fehlern die Ursachen anhand aktiver Tests ermitteln.

Auch von unterwegs hat der Nutzer die Möglichkeit auf das System zuzugreifen. Bei Wolf geschieht dies mittels des Schnittstellenmoduls „Wolf Link“. Hier kann sich der Nutzer mit dem „Smartset Portal“ die Temperaturen und Solargewinne am Tablet, Mac oder PC anzeigen lassen. Mit der „Smartset App“ hat der Nutzer die Anlage über das Smartphone im Blick. Das optional angebotene Modul „BM2-Solar“ erlaubt es darüber hinaus, die Erträge der Solarkollektoren auch grafisch darzustellen.

Fazit

Die neue Förderung macht den Einsatz von Solarthermie noch attraktiver. Zudem lassen sich mit einem effizienten Wärmeerzeuger Energieeinsparungen zwischen 30 und 40 % erzielen. Insofern rentiert sich der Einsatz einer solarthermischen Anlage, die sich z. B. gut mit einer Wärmepumpe kombinieren lässt. Aber auch in Kombination mit einem Öloder Gas-Brennwertkessel ist eine Solarthermieanlage weiterhin förderfähig.

Autorin: Carola Tesche, freie Journalistin