Eine Solaranlage zur Warmwasserbereitung kann dir helfen, Geld bei deinen Energierechnungen zu sparen und gleichzeitig die Umwelt zu schützen. In diesem Beitrag erklären wir dir, wie Solarthermieanlagen funktionieren, ob sich die Anschaffung finanziell lohnt und woran du denken musst, bevor du eine solche Anlage installierst.
Vorab gibt es hier wieder die Kurzfassung:
- Eine Solarthermieanlage kostet ca. 3000 – 5000 Euro
- Damit kannst du rund 60% des Warmwasserverbrauchs einsparen
- Denke daran, deinen Speicher ausreichend zu dimensionieren (Vorrat für 1-2 Tage)
- Du kannst die Solar-Warmwasser-Anlage mit einer klassischen PV-Anlage kombinieren
Wie funktioniert die Solaranlage für Warmwasser?
Bei der Solar-Warmwasser-Aufbereitung nutzen Sonnenkollektoren die Sonnenenergie, mit denen sie das Wasser erhitzen. Genau genommen spricht man hier von Solarthermieanlagen.
Das Grundprinzip der Solarthermie besteht darin, die Sonnenenergie zu nutzen und sie in Wärme umzuwandeln, die dann in Form von Warmwasser und Raumheizung in das Heizungssystem deines Hauses oder deines Unternehmens geleitet wird.
Auf dem Dach montierte Sonnenkollektoren in Kombination mit einem Heizkessel bzw. Kollektor sind die primäre Wärmequelle.
Der Solarkollektor nutzt die Sonnenstrahlen, um eine Übertragungsflüssigkeit zu erhitzen, die in der Regel ein Gemisch aus Wasser und Glykol (Frostschutzmittel) ist, das verhindert, dass das Wasser gefriert.
Warmes Wasser aus den Kollektoren wird zu einem Wärmetauscher gepumpt, der sich im Wassertank deines Hauses befindet. Die Wärme aus dem Wärmetauscher erhitzt dann das Wasser im Tank.
Nachdem die Flüssigkeit ihre Wärme abgegeben hat, fließt das Wasser zur Wiedererwärmung zurück zu den Kollektoren. Ein Regler sorgt dafür, dass die Flüssigkeit zu den Kollektoren zirkuliert, wenn genügend Wärme vorhanden ist.
Solaranlagen für Warmwasser sich sehr stark in Sachen Effizienz & Kosten von den regulären Photovoltaikanlagen. Zusammengefasst lässt sich sagen:
- Solarthermie-Anlagen sind effizienter als Photovoltaikanlagen, können aber nur zur Wärmeerzeugung genutzt werden
- Photovoltaikanlagen sind weniger effizient als Solarthermieanlagen, aber sie benötigen weniger Platz und können zur Stromerzeugung genutzt werden
- Solarthermie-Anlagen sind in der Regel günstiger zu installieren als Photovoltaikanlagen
- Du kannst Photovoltaik und Solarthermie in einem System kombinieren, um das Beste aus beiden Welten zu erhalten
Wenn du mehr dazu erfahren willst, schau in unseren Beitrag:
Photovoltaik vs. Solar-Warmwasser
Die Vorteile von Solarthermieanlagen
Die Nutzung einer Solaranlage für Warmwasser in diesem Konzept macht enorm Sinn. Zu den Hauptvorteilen zählen:
- Solarthermische Anlagen haben einen hohen Wirkungsgrad
- Ideal zur Warmwasserverosrgung
- Sie sind umweltfreundlich
- Du kannst deine Heizkosten nachhaltig senken
Die Nachteile von Solarthermie
- Abhängigkeit von Sonneneinstrahlung
- Keine Flexible Anwendung (Überschüssige Energie, nur zur Erzeugung von Wärme für Heizung und Warmwasser geeignet)
Welche Arten der Sonnenkollektoren gibt es?
Es gibt zwei Arten von Solarthermiemodulen für Wohngebäude: Flachkollektoren und Röhren-Solarthermiemodule. Zudem unterscheidet man zwischen aktiven und passen Systemen.
Das Flachpaneel
Die gängigste Art der Solarthermie ist ein flaches Paneel (auch Kollektor genannt), das in der Regel etwa 1 m x 2 m groß ist. Jedes Paneel besteht aus einer Reihe von Rohren, die entweder serpentinenförmig oder gitterförmig sind und auf denen eine Metallplatte (Absorber) befestigt ist, die mit einem hochabsorbierenden bläulichen Material beschichtet ist (selektive Beschichtung).
Die Metallabsorberplatte sammelt die Wärme der Sonne ein; die Flüssigkeit in den Rohren leitet diese Wärme dann zu einem Speicher im Haus. Die Paneele können auf dem Dach im Quer- oder Hochformat installiert werden.
Vakuum-Röhren
Das sind Glasröhren, in denen sich ein Kupferrohr befindet. Zwischen 10 und 30 dieser Rohre werden mit einem Sammelrohr zu einem Paneel verbunden. Die Röhren haben ein Vakuum im Glas, das als Isolierung dient, und sind daher oft etwas effizienter als Flachkollektoren.
Passive Solaranlage für Warmwasser
Alle Solarsysteme bestehen aus mindestens zwei Teilen: einem isolierten Wasserspeicher und einem oder mehreren Solarkollektoren, die die Sonnenstrahlung absorbieren.
Passive Solarwarmwasserbereiter hingegen beruhen auf einer Kombination aus Schwerkraft, Wasserdruck und Konvektion. Konvektion ist die Tendenz des heißen Wassers, über das kalte Wasser zu steigen.
Es gibt verschiedene Arten von passiven Solarwarmwasserbereitern, von denen zwei die beliebtesten sind:
Die einfachsten passiven Systeme sind Speichersysteme mit integrierten Kollektoren. Diese nutzen Kollektoren, um das einströmende Wasser vorzuwärmen bevor es in den Speichertank des Hauses fließt. Da diese Systeme so einfach sind – es gibt keine beweglichen Teile und generell nur wenige Komponenten – sind sie in der Regel sehr wartungsarm, was bedeutet, dass nur wenige Reparaturen anfallen und die Gesamtbetriebskosten niedriger sind.
Häufige Probleme wie Schäden am Kollektor oder Mineralablagerungen in den Rohren des Systems aufgrund von hartem Wasser lassen sich in der Regel auch leicht beheben.
Komplexere passive Systeme wie ein Thermosyphonsystem sind ebenfalls eine Option. Ein Thermosiphonsystem (oder Thermosiphon) besteht aus einem Sonnenkollektor und einem Wasserspeicher, der höher als der Kollektor angeordnet ist.
Der Kollektor erwärmt das Wasser am Boden des Tanks. Das vom Kollektor erwärmte Wasser steigt nach oben und das kältere Wasser kehrt nach unten zurück. Dieses Wasser kommt wieder in Kontakt mit dem Kollektor und erwärmt sich. Dieser Kreislauf erzeugt genug Warmwasser für ein ganzes Haus.
Diese Systeme verwenden in der Regel Flachkollektoren – die aus einer dunklen Absorberplatte in einem isolierten und wetterfesten Kasten bestehen – oder Vakuumröhrenkollektoren, die transparente Glasröhren zum Sammeln der Sonnenstrahlung verwenden.
Wie das integrierte Kollektorsystem hat auch das Thermosyphonsystem keine beweglichen Teile, was die Wartung einfacher und billiger macht.
Passive Solarheizungen können jedoch bei Minusgraden anfällig sein. Rohrleitungen, die durch nicht klimatisierte oder isolierte Räume verlaufen, können einfrieren, wenn die Temperaturen unter 0 Grad Celsius fallen. Rohrisolierung und bestimmte Rohrmaterialien können helfen, Rohrbrüche zu verhindern. PEX zum Beispiel ist flexibler und hält dem Druck des Einfrierens besser stand als Kupfer.
Aktive Solar-Wassererhitzer
Wie passive Warmwasserbereiter nutzen auch aktive Warmwasserbereiter Sonnenkollektoren, um Wasser für den Hausgebrauch zu erwärmen. Bei diesen Kollektoren handelt es sich in der Regel um Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren, wie sie in Thermosyphonsystemen verwendet werden.
Aktive Solar-Wassererwärmer unterscheiden sich von passiven Heizungen dadurch, dass sie aktive Komponenten haben – Pumpen und elektronische Steuerungen, die die Flüssigkeit im System bewegen.
Diese elektronischen Pumpen sind in der Regel klein und verbrauchen wenig Energie, da sie keine große Menge an Flüssigkeit durch das Heizsystem bewegen. Im Gegensatz zu passiven Systemen benötigen sie jedoch etwas Strom für ihren Betrieb. Das bedeutet, dass das System während eines Stromausfalls nicht in der Lage ist, das Wasser effektiv zu erwärmen, es sei denn, das Haus verfügt über einen eigenen Notstromgenerator.
Es gibt zwei Arten von aktiven solaren Warmwasserbereitern Systeme – direkte und indirekte Zirkulationssysteme:
- Direkte Zirkulationssysteme verwenden eine Pumpe, um das Wasser vom Speichertank zum Kollektor zu befördern. Diese Systeme sind am effektivsten in Gebieten, in denen die Temperaturen nicht unter den Gefrierpunkt sinken. In Gebieten, in denen regelmäßig Minusgrade herrschen, muss ein Umwälzsystem eingebaut werden, das das warme Wasser in Bewegung hält und ein Einfrieren verhindert. Diese Systeme können die Leistungsaufnahme eines aktiven Solar-Wassererwärmers erhöhen.
- Indirekte Zirkulationssysteme lassen eine Wärmeträgerflüssigkeit (HTF) – oft ein Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser – zwischen den Kollektoren und einem Wärmetauscher am Tank zirkulieren. Dieses Kältemittel erwärmt das Wasser im Speicher und sorgt dafür, dass die Leitungen des Systems bei Minusgraden nicht einfrieren. Da Frostschutzmittel, das mit Wasser vermischt ist, im Laufe der Zeit verderben kann, muss der HTF alle paar Jahre ausgetauscht werden. Diese Aufgabe ist zwar einfach, aber es kann sein, dass ein Techniker benötigt wird, um den HTF sicher zu ersetzen.
Mehr zum Thema: Aktive vs. passive Solar-Warmwasserbereiter
Was kostet eine Solarthermie-Anlage?
Die Installation einer Solarthermieanlage mit zwei oder drei Modulen, die einen durchschnittlichen 200- bis 300-Liter-Speicher versorgt, kostet etwa 3.000 bis 5.000 Euro.
Die Kosten können je nach Komplexität der Rohrleitungen und des Dachmaterials variieren, und auch bei der Verwendung von Vakuumröhren musst du mit höheren Kosten rechnen.
Außerdem musst du die Kosten für einen Doppelrohr-Warmwasserspeicher einkalkulieren, der je nach Größe und Ausstattung zwischen 600 und knapp 2.000 Euro kostet.
Wird eine Solaranlage für Warmwasser gefördert?
Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) und die KfW-Förderbank stellen bundesweit Fördermittel zur Verfügung. Darüber hinaus gibt es regionale Förderprogramme in den Bundesländern und kommunale Förderprogramme in vielen Städten und Gemeinden.
BAFA:
- In Deutschland bietet die Bundesregierung über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) einen Zuschuss für die Installation von Solarthermieanlagen an.
- Der Zuschuss kann sowohl von Hausbesitzern als auch von Unternehmen in Anspruch genommen werden und deckt bis zu 30 Prozent der förderfähigen Kosten ab.
- Darüber hinaus gibt es weitere 5 Prozent Zuschuss, wenn die Solarthermieanlage in einem individuellen Sanierungsfahrplan (iSFP) aufgeführt ist.
KfW:
- Die KfW-Förderbank zum Beispiel bietet zinsgünstige Darlehen für den Kauf und die Installation von Solarthermieanlagen an.
- In Verbindung mit einer Sanierung: 50% bei. max. 150.000€ Kreditbetrag/Kosten
- In Verbindung bei einem Neubau: 25% bei. max 150.000€ Kreditbetrag/Kosten
Welche Bereiche der Solarthermie werden gefördert?
- Planung (BAFA, Verbraucherzentrale)
- Installation (BAFA, KfW, Kommunen, Länder)
- Erweiterung (BAFA)
- Optimierung (BAFA)
Wann lohnt sich eine Solaranlage zur Warmwasseraufbereitung?
Die Investition in eine Solaranlage zur Warmwasseraufbereitung lohnt sich vor allem, wenn du:
- ein großes Dach hast und/oder
- ein häufig solarbestrahltes Grundstück besitzt und/oder
- höhere Gas- oder Ölpreise bezahlst und
- mindestens 40 Kubikmeter Warmwasser / Jahr verbrauchst
Idealerweise sparst du mit einer solarthermischen Anlage 60% deines Warmwasserverbrauchs ein.
Wie groß sollte eine Solarthermieanlage sein?
Eine solarbetriebene Warmwasseranlage sollte ausreichen, um etwa 60 Prozent des heißen Wassers für einen Haushalt zu erzeugen.
Wenn du also vier Personen in deinem Haushalt hast und jede Person durchschnittlich 120 Liter Wasser pro Tag verbraucht (insg. 480 Liter / Tag), benötigst du eine Anlage mit einer Kapazität von mindestens 288 Litern.
Als Faustregel gilt: Pro Person solltest du etwa 1 Quadratmeter Sonnenkollektoren einplanen.
Wie viel Quadratmeter Solarthermie für ein Einfamilienhaus?
Kollektor:
- Flachkollektoren sind der häufigste Typ und eignen sich gut für Einfamilienhäuser. Pro 10 Quadratmeter Wohn- oder Nutzfläche brauchst du etwa einen Quadratmeter Flachkollektoren.
- Wenn du hingegen Vakuumröhrenkollektoren verwendest, brauchst du nur etwa 0,5 Quadratmeter Kollektorfläche pro 10 Quadratmeter Wohnfläche.
Pufferspeicher:
- Der Speicher dient dazu, das vom Kollektor erzeugte Warmwasser zu speichern.
- Als Faustregel gilt, dass das Volumen des Solarspeichers 50 Liter pro Quadratmeter Flachkollektorfläche beträgt.
- Außerdem sollte der Speicher ein Fassungsvermögen von 50 Litern für jede Person im Haushalt haben.
- Eine durchschnittliche Solarthermieanlage hat also 10 – 15 Quadratmeter Kollektorfläche und ein Speichervolumen von 600 – 1000 Litern.
Die richtige Speichergröße
Der solarbetriebene Warmwasserspeicher sollte ausreichend Kapazität für 1 bis 2 Tage haben.
Für den durchschnittlichen Haushalt mit vier Personen ist ein 300-Liter-Speicher ideal.
Bei einer Kapazität von mehr als 400 Litern müssen außerdem besondere Vorkehrungen hinsichtlich der Vorbeugung von Keimen getroffen werden.
Wie viel Wasser können Solarthermiepaneele erwärmen?
Eine Solarthermie-Anlage kann grundsätzlich jede beliebige Wassermenge erwärmen, solange die Anzahl der Paneele ausreicht.
Wenn du dich fragst, ob du ein Haus mit Solarenergie betreiben kannst, lautet die Antwort: bis zu einem gewissen Grad, was die Solarthermie angeht. Der prozentuale Anteil des Warmwasserbedarfs, der von den Solarmodulen gedeckt wird, wird als Solaranteil bezeichnet.
Wenn du den Warmwasserspeicher großzügig dimensionierst, sodass er genug Wasser für den ganzen Haushalt liefert, kannst du die Rendite maximieren.
Kann Solarthermie für die Zentralheizung genutzt werden?
Solarthermieanlagen eignen sich nur für die Warmwasserbereitung und nur selten für die Zentralheizung.
Die Sonneneinstrahlung ist im Winter zu gering und im Sommer kann es zu einer enormen Überproduktion kommen.
Wie effektiv ist Solarthermie im Winter?
An sonnigen Wintertagen kann die Solarthermie auch im Winter funktionieren. Allerdings wird die Solarthermie durch den Verlust der direkten Sonneneinstrahlung etwas stärker beeinträchtigt als die Photovoltaik-Anlage.
Realistischerweise solltest du im Winter nicht zu viel von deiner Solarthermie erwarten. Sie werden auch durch Wolken wesentlich stärker beeinträchtigt als eine Photovoltaik-Anlage.
Bei Minusgraden ist es wichtig, dass die Module vor dem Einfrieren geschützt werden müssen. Deshalb ist ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf zwischen den Modulen und dem Speicher mit Frostschutzmittel erforderlich.
Alle gängigen Systeme sind hierzulande aber bereits damit ausgestattet.
Was tun mit überschüssiger Solarwärme?
Im Sommer, wenn die Sonneneinstrahlung am stärksten ist, sammeln diese Anlagen oft mehr Energie als benötigt wird. Infolgedessen können die Speicher voll werden, was zu einem Zustand führt, der als Stagnation bekannt ist.
Stagnation tritt ein, wenn die gespeicherte Sonnenenergie nicht mehr genutzt wird. Das kann passieren, wenn der Heizbedarf des Hauses im Sommer gering ist oder wenn das System nicht für den Betrieb in dieser Jahreszeit ausgelegt ist.
Auch wenn die Stagnation das System nicht beschädigt, kann sie seine Gesamteffizienz verringern und zu einer Verschwendung von Solarenergie führen.
Es gibt jedoch verschiedene Möglichkeiten, diese überschüssige Solarenergie doch noch sinnvoll zu nutzen:
Erdwärmepumpe
Erdwärmepumpen sind eine Art von erneuerbaren Energiesystemen, die zum Heizen und Kühlen von Gebäuden eingesetzt werden können.
Diese Systeme übertragen die Wärme aus dem Erdreich in ein Gebäude oder umgekehrt. Erdwärmepumpen sind in der Regel effizienter als Luftwärmepumpen und können auch dazu genutzt werden, überschüssige Wärme aus Solarthermieanlagen zu speichern.
Im Winter kann die gespeicherte Wärme wieder ins Erdreich gepumpt werden, was eine kostengünstige und umweltfreundliche Möglichkeit ist, Gebäude warm zu halten.
Absorptionskältemaschine
Im Sommer produzieren Solarthermieanlagen oft mehr Wärme, als zur Deckung des Warmwasserbedarfs benötigt wird.
Diese überschüssige Wärme kann zum Betrieb von Adsorptions- oder Absorptionskältemaschinen verwendet werden, die wiederum zur Kühlung der Wohnräume genutzt werden können.
Obwohl die anfänglichen Investitionskosten (ca. 1.500 – 2.000 €) für diese Art von System relativ hoch sind, können sie im Laufe der Zeit erhebliche Energieeinsparungen bringen.
Außerdem kann die Nutzung überschüssiger Sonnenwärme zum Betrieb von Kühlsystemen dazu beitragen, den Gesamtenergiebedarf zu senken, was auch der Umwelt zugute kommt.
Daher sind Adsorptions- oder Absorptionskältemaschinen eine attraktive Option für alle, die das Beste aus ihrer Solarthermie-Anlage herausholen wollen.
Wann duschen mit Solarthermie / Wie optimal nutzen?
An sonnigen Tagen schalten sie sich oft um die Mittagszeit ab. Das liegt daran, dass ihre Speicher voll aufgeheizt sind und kein Platz mehr für zusätzliches Warmwasser vorhanden ist.
Das hat zur Folge, dass die Energie, die die Solaranlage am Nachmittag erzeugt, ungenutzt bleibt. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Effizienz deiner Solaranlage zu erhöhen und die Energie am Nachmittag besser zu nutzen.
- Du kannst zum Beispiel am späten Vormittag duschen oder gleich nach dem Mittagessen den Abwasch erledigen. So verbrauchst du einen Teil des Warmwassers, das im Tank gespeichert ist, und kannst später am Tag mehr davon erzeugen.
- Wenn dein Geschirrspüler an die Warmwasserversorgung angeschlossen ist, solltest du ihn außerdem gegen Mittag einschalten. So stellst du sicher, dass das gesamte von der Solaranlage erzeugte Warmwasser verbraucht wird, bevor es abkühlen kann.
Wenn du diese einfachen Tipps befolgst, kannst du deine Solaranlage-Warmwasser viel effizienter machen und ihr Potenzial voll ausschöpfen.
Wie viel Gas spart man mit Solarthermie?
Beispielrechnung:
- Unter günstigen Umständen kannst du mit einer 15 m² großen Anlage bis zu 3.750 kWh Erdgas pro Jahr einsparen.
- Bei den aktuellen Gaspreisen [35 Ct Stand: Okt. 2022] entspricht das einer Ersparnis von über 1312,50 Euro pro Jahr.
- Bei niedrigen Betriebskosten (Wartung, Inspektion) von etwa 200 Euro pro Jahr können sich die Gesamteinsparungen über 20 Jahre auf 22.250 Euro belaufen.
Wie viel Strom braucht Solarthermie?
Solarthermische Anlagen laufen in der Regel viele Jahre lang vollautomatisch, ohne dass ein menschliches Eingreifen erforderlich ist.
Außerdem haben solarthermische Anlagen einen sehr niedrigen Stromverbrauch: Die meisten Modelle verbrauchen weniger als 15 Watt. Aber wie jedes technische System sollten auch Solarthermieanlagen regelmäßig auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden.
Was du vor der Installation beachten solltest
Bevor du eine Solaranlage für Warmwasser installierst, solltest du einen Blick auf dein Hausdach werfen
- Ist es groß genug?
- Liegt es in südlicher oder südwestlicher Ausrichtung?
- Hast du ausreichend Abstand zu Bäumen und anderen Hindernissen?
- Wie ist die Dachneigung?
All diese Faktoren können dazu beitragen, ob sich die Investition in eine Solaranlage für dich lohnt.
Fazit zur Solarthermie
Im Allgemeinen kannst du mit Solar-Warmwasser etwa 60 % der Kosten für die Warmwasserbereitung einsparen. Wenn du also eine vierköpfige Familie hast und jede Person durchschnittlich 120 Liter Wasser pro Tag verbraucht, brauchst du eine Solarthermieanlage mit einer Kapazität von mindestens 288 Litern.
Achte bei der Auswahl einer Solar-Warmwasser-Anlage auf die richtige Größe für deinen Bedarf. Eine Solarthermieanlage sollte in der Lage sein, warmes Wasser für 1-2 Tage zu liefern. Für eine vierköpfige Familie sollte ein 300-Liter-Speicher ausreichend sein.
Bedenke, dass Solarthermieanlagen nicht die gesamte Wärme für deine Zentralheizung liefern können – sie sind nur für die Warmwasserbereitung ausgelegt. Sie können aber dennoch als Ergänzung zu anderen Heizungsarten eingesetzt werden.
Bevor du eine Solaranlage für Warmwasser installierst, solltest du die Größe und die Ausrichtung deines Dachs sowie die Beschattung durch Bäume oder Gebäude in der Nähe berücksichtigen. Ein nach Süden oder Südwesten ausgerichtetes Dach mit mindestens 25 Grad Neigung ist am besten geeignet.
