Ertrag einer thermische Solaranlage berechnen – Mit Beispielrechnung

Viele Haushalte nutzen neben Solaranlagen auch eine Solarthermie Anlage, um Heizkosten einzusparen. Bei Solarthermie wird die Sonneneinstrahlung in nutzbare Wärme umgewandelt, die in der Haustechnik für nachhaltige Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung verwendet wird.

Sicherlich interessiert dich bei der Nutzung einer solchen Anlage der Solarertrag. Dieser gibt an, wie viel von der erzeugte Wärme auch tatsächlich genutzt wird – Er zeigt dir also die Leistung und Effizienz deiner Anlage, und wie viel Gewinn du mit ihr machen kannst.

Zur Berechnung des Ertrags müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden. In diesem Beitrag erfährst Du, wie dir die Berechnung gelingt.

Einflussfaktoren für den thermischen Solarertrag

Technik: Die Sonnenkollektoren

Ein Einflussfaktor des Solarertrages sind die Sonnenkollektoren selbst. Hier kommt es zum einen auf das gewählte Modell an:

  1. Flachkollektor: Herkömmliche Dämmmaterialien zum Schutz vor Wärmeverlusten. Flachkollektoren haben eine lange Lebensdauer und sind sehr effizient. Sie sind außerdem billiger als die Alternative, aber auch größer und schwerer, mit geringerem Wirkungsgrad.
  2. Vakuumröhrenkollektor: Diese Art von Kollektor besitzen einen höheren Wirkungsgrad und haben ein geringeres Gewicht. Sie können auch bei Witterung gut Wärme transportieren. Allerdings sind sie teurer als Flachkollektoren und können auch mal überhitzen. Es ist keine dachintegrierte Montage möglich.

Daneben ist auch die Menge der Kollektoren, bzw. die dafür genutzte Fläche relevant. Mehr Kollektorfläche bedeutet natürlich auch mehr Solarertrag. Pro Person lässt sich eine durchschnittliche Kollektorenfläche von 1,5m² empfehlen.

Genauso relevant ist ebenfalls der Wirkungsgrad der Kollektoren. Wie viel Leistung erbringt die Solarthermie Anlage? Wie viel Energie kann in einer bestimmten Zeit umgewandelt werden, und wie viel davon ist tatsächlich nutzbar?

ertragsberechnung von solarthermie anlagen

Standortbedingungen & Ausrichtung

Ein weiterer Faktor bei der Ertragsberechnung ist der Standort des Hauses und der Kollektoren, sowie deren Ausrichtung. Nach welcher Seite ist das Dach ausgerichtet?

Den meisten Ertrag bringen Solarkollektoren auf den Süd/Südwest oder Südost Seiten, da hier die meiste Sonneneinstrahlung erfolgt, die essentiell für die Energieumwandlung ist.

Außerdem spielt auch der Neigungswinkel eine Rolle. Der optimalste Winkel für die höchste zu erbringende Leistung liegt bei ca. 30 Grad. So können die Sonnenstrahlen direkt senkrecht auf die Kollektoren fallen.

Bei der Heizungsunterstützung reicht dies allerdings nicht aus, hier ist ein Neigungswinkel von 45-55 Grad angebracht, da die Heizung ausschließlich in den Wintermonaten genutzt wird, wo die Sonne tiefer steht.

Für eine genauere Angabe, werden auch Jahreszeit und Wetter mit berechnet, bzw. die durchschnittlichen Daten der Sonneneinstrahlung zur jeweiligen Jahreszeit. Auch die Verschattungssituation muss mit bedacht werden.

durchschnittlicher ertrag von solaranlagen im Jahresverlauf
Im Winter ist der Ertrag aufgrund gerinerer Sonneneinstrahlung wesentlich geringer

Haushalt: Energieverbrauch & Vorhaben

Bei der Dimensionierung der Solarthermie Anlage kommt es auf die Anzahl der Personen im Haushalt an. Wie viel Energie und Wärme werden benötigt? Wie viel wurden bisher monatlich verbraucht? Und vor allem: Wofür soll die Anlage benutzt werden?

Solarthermie kann für Wassererwärmung und Heizunterstützung verwendet werden, oder auch beides zusammen.

Eine vierköpfige Familie im Eigenheim benötigt für die Warmwasserbereitung durchschnittlich eine Kollektorenfläche von 6m², und einen Pufferspeicher für 400 Liter. Für die Heizung der Räumlichkeiten sind 0,8-1,1m² pro 10m² Wohnfläche empfehlenswert.

Ertragsverluste

Bei der Leistungseinschätzung einer Solarthermie Anlage solltest du auch bedenken, dass es zu einigen Ertragsverlusten kommt, die nicht verhindert werden können.

Da gibt es zum einen die optischen Verluste, die bei optimaler Sonneneinstrahlung 15-21% betragen. Grund dafür sind Überhitzungen, sowie die abdeckende Glasscheibe, auf der es zu einer Reflexion (1,5%) kommt.

Außerdem kommt es zum Beispiel ebenso am Absorber zu einer Reflexion (5%), als auch zu einer Emission der Wärmestrahlung (5-10%).

Zu den sogenannten thermischen Verlusten tragen diffuse Wärmeabstrahlung und Konvektion bei.

Beispielrechnung

Der jährliche Anlagenertrag kann wie folgt grob berechnet werden:

Zuerst wird die maximale Globalstrahlung des Standortes mit dem optischen Wirkungsgrad der Solarthermieanlage multipliziert.

Die durchschnittliche Globalstrahlung in Mitteleuropa beträgt ca. 1000W/m², und wir gehen von einem mäßigen Wirkungsgrad der Anlage von maximal 75% aus.

Daraus ergibt sich eine maximale Kollektorenleistung von 750W/m² für einen Kollektor. Dies wird in den meisten Fällen durch verschiedene Verluste jedoch nicht erreicht, weshalb mit realistischeren 500W/m² gerechnet wird.

  • 1000W/m² x 0,75 = 750W/m² (500W/m²)
  • Globalstrahlung x Wirkungsgrad = Maximale Kollektorenleistung

Diese Kollektorenleistung in Watt wird nun in Kilowatt umgerechnet (1kW = 1000W) und mit den jährlichen Sonnenstunden multipliziert.

Für die Durchschnittswerte der jährlichen Sonnenstunden in Deutschland kann von 800h/a ausgegangen werden. Die Rechnung ergibt einen jährlichen Kollektorenertrag von 400kWh/(m²a).

  • (500W/m² x 800h/a) : 1000 = 400kWh/(m²a)
  • (Maximale Kollektorenleistung in Watt x Zeit in Stunden) : 1000 = Ertrag in kWh

Nun spielt die Kollektorenfläche bzw. die Menge der Kollektoren eine entscheidende Rolle. Denn der berechnete jährliche Kollektorenertrag wird jetzt mit den verfügbaren Quadratmetern multipliziert.

Wie schon erwähnt, beträgt die durchschnittlich gebrauchte Kollektorfläche für einen Haushalt mir 4 Personen 6m². Der Ertrag der gesamten Solarthermieanlage pro Jahr sieht dann so aus:

  • 400kWh/(m²a) x 6m² = 2.400kWh/(m²a)
  • Kollektorertrag pro Jahr x Kollektorfläche = Anlagenertrag pro Jahr

Natürlich ist das nicht komplett akkurat, gibt aber einen groben Richtwert an. In die Berechnung einbezogen werden können noch die genauen Standortwerte der Sonneneinstrahlung und die Verluste der Anlage.

Auch die Ausrichtung, Neigung und Kollektorenart werden in eine präzise Rechnung mit einbezogen. Für solche genauen Rechnungen gibt es im Internet einige Onlinerechner, die alle Faktoren genaustens berücksichtigen.

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Sportbegeisterter Familienvater. Bevor wir dieses Portal ins Leben gerufen haben, war Ich selbst 7 Jahe lang als Solarinstallateur tätig. Ich glaube fest an das Potenzial von Photovoltaikanlagen und hoffe dich in meinen Beiträgen ebenfalls dafür zu begeistern!