Was ist das / Wie funktioniert es
Solarthermie wandelt eingestrahlte Sonnenenergie auf direktem physikalischem Weg in thermische Energie um. Das System besteht aus Kollektoren auf dem Dach, einem Rohrleitungskreis mit Frostschutz-Wärmeträgermedium und einem wärmegedämmten Speicher im Haus.
Der funktionale Ablauf gliedert sich in folgende Schritte:
- Wärmeaufnahme im Kollektor: Ein selektiv beschichteter Absorber nimmt die solare Strahlung auf und gibt die Wärme an das durchströmende Trägerfluid ab.
- Flachkollektoren: Ein mit Mineralwolle isolierter Kasten mit hochtransparenter Solarglasabdeckung. Robust, langlebig und mit gutem Preis-Leistungs-Verhältnis – der Standard für die sommerliche Trinkwassererwärmung.
- Vakuumröhrenkollektoren: Der Absorber befindet sich in evakuierten doppelwandigen Glasröhren (Thermoskannenprinzip). Das Vakuum minimiert Wärmeverluste an die kalte Außenluft drastisch, weshalb Röhrenkollektoren auch in der Übergangszeit und im Winter bei niedrigen Außentemperaturen hohe Erträge für die Heizungsunterstützung erzielen.
- Wärmetransport: Sobald ein Temperaturfühler im Kollektor registriert, dass die Temperatur über der des Speichers liegt, startet die Solar-Umwälzpumpe in der Solarstation.
- Wärmespeicherung: Im Solarspeicher gibt das Fluid seine Wärme über einen großflächigen Glattrohr-Wärmetauscher an das Trinkwasser oder das Heizungswasser ab und fließt abgekühlt zum Dach zurück.
Wann ist es sinnvoll
Solarthermische Anlagen sind eine geeignete Ergänzung für Bestandsbauten und Neubauten:
- Vollständige Sommerabschaltung: In den Monaten Mai bis September kann eine fachgerecht dimensionierte Solaranlage die gesamte Warmwasserbereitung für Küche und Bad übernehmen. Der primäre Heizkessel bleibt monatelang komplett außer Betrieb, was Bereitschaftsverluste eliminiert.
- Kombination mit Biomasse und Holz: Da das Anheizen von Scheitholz- oder Pelletkesseln im Sommer für kurze Duschvorgänge unwirtschaftlich ist, ergänzen sich Holzkessel und Solarthermie gut.
- Heizungsunterstützung im Niedertemperaturbereich: In Kombination mit Fußbodenheizungen (Vorlauftemperaturen unter 35 °C) kann solar erwärmtes Wasser bereits ab milden Temperaturen im Frühjahr und Herbst direkt zur Raumerwärmung beitragen.
- Hoher Warmwasserbedarf: Haushalte mit vier oder mehr Personen, Mehrfamilienhäuser oder Sportvereine amortisieren Solaranlagen besonders schnell.
Worauf achten
Damit die Solaranlage ganzjährig effizient arbeitet und Überhitzungsschäden vermieden werden, sind wichtige Planungsgrößen zu beachten:
- Dachausrichtung und Neigungswinkel: Die vorteilhafte Ausrichtung ist Süd, wobei Abweichungen nach Südost oder Südwest nur minimale Einbußen mit sich bringen. Für die reine Warmwasserbereitung genügt ein Dachwinkel von 30° bis 40°. Für kombinierte Heizungsunterstützung ist eine steilere Neigung von 45° bis 60° ratsam, um die tief stehende Frühlings- und Herbstsonne wirkungsvoll einzufangen und im Hochsommer Stagnationshitze zu mindern.
- Speicherdimensionierung: Pro Quadratmeter Flachkollektorfläche sollten typischerweise etwa 40 bis 50 Liter Speichervolumen eingeplant werden (bei Röhrenkollektoren 50 bis 70 Liter/m²). Ein zu kleiner Speicher überhitzt im Sommer zu schnell.
- Qualitätsnachweis (Solar Keymark): Kollektoren sollten nach dem europäischen Zertifizierungsverfahren Solar Keymark (gemäß ISO 9806) geprüft sein, was geprüfte Haltbarkeit, Hagelbeständigkeit und Ertragsdaten garantiert.
- Druckhaltung und Stagnationsschutz: Das Membran-Ausdehnungsgefäß (MAG) im Solarkreis muss ausreichend dimensioniert sein, um das gesamte Flüssigkeitsvolumen der Kollektoren im Falle einer sommerlichen Dampfbildung sicher aufnehmen zu können.
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik?
Photovoltaik (PV) erzeugt aus Sonnenlicht elektrischen Gleichstrom mithilfe von Halbleitern. Solarthermie wandelt die Sonnenstrahlung über Kollektoren direkt in flüssige Wärme (Heißwasser) für Heizung und Dusche um. Der Wirkungsgrad der Wärmeumwandlung bei Solarthermie liegt mit über 70 bis 80 Prozent deutlich höher als der elektrische Wirkungsgrad von Photovoltaikzellen (ca. 20 bis 23 Prozent).
Was unterscheidet Flachkollektoren von Vakuumröhrenkollektoren?
Flachkollektoren sind flache Glaskästen mit rückseitiger Dämmung, die vor allem im Sommer bei warmen Außentemperaturen sehr wirtschaftlich arbeiten. Vakuumröhrenkollektoren nutzen ein Vakuum zur Isolierung. Dadurch verlieren sie bei eisigen Außentemperaturen kaum Wärme und liefern im Frühjahr, Herbst und Winter spürbar höhere Erträge.
Wie viel Energie spart eine Solarthermieanlage im Jahr ein?
Eine Standard-Solaranlage zur Warmwasserbereitung deckt typischerweise etwa 50 bis 60 Prozent des jährlichen Warmwasser-Energiebedarfs eines Haushalts ab. Eine größere Anlage mit Heizungsunterstützung spart typischerweise rund 15 bis 25 Prozent der gesamten jährlichen Heiz- und Warmwasserkosten ein.
Wie groß sollte eine Solaranlage für ein Einfamilienhaus sein?
Für einen 4-Personen-Haushalt zur reinen Trinkwassererwärmung genügen typischerweise 4 bis 6 m² Flachkollektoren (2 bis 3 Module) und ein 300-Liter-Solarspeicher. Für zusätzliche Heizungsunterstützung werden meist 10 bis 15 m² Kollektorfläche und ein Pufferspeicher mit 750 bis 1.000 Litern Volumen benötigt.
Funktioniert Solarthermie auch im Winter?
Ja, auch im Winter liefern Kollektoren bei klarem Himmel und Sonnenschein Wärme. Allerdings steht die Sonne tiefer und die Tage sind kurz, weshalb der Ertrag im Winter deutlich geringer ausfällt als im Sommer. Das vorerwärmte Wasser entlastet den Hauptheizkessel dennoch spürbar.
Was versteht man unter Stagnation bei einer Solaranlage?
Stagnation tritt auf, wenn der Speicher voll aufgeheizt ist und keine Wärme mehr aufnehmen kann. Die Solarpumpe stoppt, und die im Kollektor verbleibende Flüssigkeit erhitzt sich bis zur Verdampfung. Der Dampf drückt die Flüssigkeit in das Ausdehnungsgefäß. Nach Abkühlung verflüssigt sich das Gemisch wieder und die Anlage nimmt den Betrieb automatisch wieder auf.