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Solarthermie – Sonnenenergie mit Solaranlage nutzen

Die Sonne ist unsere größte und sauberste Energiequelle. Solarthermie macht sie durch eine Solaranlage nutzbar.

Ähnlich wie dem Stirling-Motor erging es den Solarthermie-Anlagen. Schon vor zig Jahren erdacht, verschwanden die Pläne mit der beginnenden Ausbeutung fossiler Brennstoffe in den Schubladen.

Die Renaissance begann zur Zeit der Ölkrise, gegenwärtig kann man aus einer Vielzahl von Varianten wählen, technisch ausgereift, sowohl solche zur Warmwasserbereitung als auch als "Kombi-Anlagen" zur gleichzeitigen Heizungsunterstützung.

Gleich, ob Nord- oder Süddeutschland, gleich, ob Osten oder Westen – die Bedingungen zum Betrieb einer Solaranlage sind überall in unseren Breiten gegeben. Sie mögen zwar hier etwas besser, dort etwas schlechter sein, Unterschiede lassen sich aber über die Dimensionierung der Kollektoren auffangen.

Solarwärmeanlagen machen aus Sonnenstrahlen direkt warmes Wasser und behagliche W.rme, nahezu kostenlos und nahezu CO2-frei. Wichtigster Bestandteil einer Solarwärmeanlage sind die Kollektoren auf dem Dach, flache Glaskästen oder vakuumisolierte Glasröhren. Rasch entstehen in ihnen bei Sonnenschein Temperaturen von mehr als 100 Grad.

Solarthermie: So funktionieren Solaranlagen

Als Kollektoren können flache Glaskästen dienen oder Vakuum-Glasröhren, in denen in Leitungen eine Wärmeträgerflüssigkeit (auch Sole genannt) fließt, ein Mix aus Wasser und Frostschutzmittel.

Die Sole heizt sich selbst bei bedecktem Himmel auf und wird in den Keller oder Technikraum geleitet, wo er indirekt, über Wärmetauscher, das Wasser im Heizungspuffer- beziehungsweise Solarspeicher erwärmt. Wonach er, wieder abgekühlt, zurück zum Kollektor gepumpt wird. Scheint die Sonne nicht oder zu schüchtern, hält eine zweite Heizquelle, etwa der konventionelle Kessel, das Speicherwasser warm.

Das warme oder heiße Wasser im Pufferspeicher wird nach Bedarf direkt in den Heizkreis gegeben, an die Heizkörper und Fußbodenheizungen. Über einen Durchlauferhitzer, die Frischwasserstation, erwärmt es bei Anforderung das kalte Trinkwasser, legionellensicher. Zur Anlage gehört ein Wärmemengenzähler, zur Überwachung des Ertrags, außerdem eine intelligente Regelung, die im Falle von Fehlfunktionen Alarm schlägt. .

Als Alternative hierzu haben findige Ingenieure sich eine auf den ersten Blick primitivere Variante ausgedacht, bei der das Heizwasser direkt durch den Kollektor geschickt wird. Es treten weniger Übertragungsverluste auf und zur Not kann der alte Warmwasserspeicher genutzt werden; allerdings muss, da kein Frostschutzmittel mit im Spiel ist, die Elektronik den Kollektor bei Minusgraden entweder zuverlässig entleeren oder mit Heizwasser schützen.

Tipp: Was kostet eine Solaranlage?

  • Solarwärmeanlage zur Brauchwassererwärmung – 4.000 bis 6.000 €
  • Solarwärmeanlage zur Heizungsunterstützung – 8.000 bis 10.000 €
  • große Solarwärmeanlage zur Heizungsunterstützung – 20.000 bis 25.000 €

(Quelle: Ratgeber Heizung, hg. von der Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen)

Förderung Neubau:

Höhe der Zuschüsse für die Förderung EE-Klasse:

  • fürs KfW-Effizienzhaus 55 der EE-Klasse bis zu 26.250 Euro anstatt nur bis zu 18.000 Euro
  • fürs KfW Effizienzhaus 40 der EE-Klasse bis zu 33.750 Euro anstatt nur bis zu 24.000 Euro

Förderung Altbau:

Förderung im Rahmen der Modernisierung des kompletten Gebäudes zum Effizienzhaus („Bundesförderung für effiziente Gebäude – Wohngebäude“ bzw. BEG WG) oder als Einzelmaßnahme („Bundesförderung für effiziente Gebäude – Einzelmaßnahmen“ bzw. BEG EM); als Einzelmaßnahme: bei Austausch der Ölheizung durch die Kombination von Solaranlage und z. B. Pelletkessel Übernahme von bis zu 45 Prozent der Kosten, auch bei Austauschpflicht (Kessel älter als 30 J.); ein Energieberater ist einzubinden (zu finden unter www.energie-effizienz-experten.de); zusätzlich iSFP-Bonus in Höhe von 5 Prozent bei Erstellung eines „individuellen Sanierungsfahrplans“ (iSFP) durch den Energieberater im Vorfeld; Antragstellung vor Beauftragung von Leistungen.

Solarthermie: Die ideale Dachneigung

Ideal ist ein nach Süden ausgerichtetes Dach, ohne Verschattung durch Berge, Nachbargebäude oder Bäume im Tages- und Jahreslauf. Darüber hinaus spielt die Dachneigung eine große Rolle.

Wer die Sonne mit heizen lassen will, ist besonders im Winter auf optimale Ausnutzung der spärlicheren Strahlen angewiesen, die „Auffangflächen“ sollten daher etwas steiler stehen: mindestens 60 Grad. Die Installationsbetriebe errechnen mit Hilfe von Computerprogrammen vor Ort den zu erwartenden Solarertrag und können die Anlage exakt auf Haus und Haustechnik zuschneiden.

Ist das Dach zu flach geneigt, kann man sie zum Beispiel auf dem Garagendach aufständern. Alternativ besteht die Möglichkeit der Montage an der Fassade: Derart werden die Strahlen der tief stehenden Wintersonne optimal ausgenutzt. Um für die großen Erträge in der hellen Jahreszeit Abnahme zu finden, kann man zusätzlich Waschmaschine und Spülmaschine ans Warmwassernetz anschließen

Besonders effizient: Solaranlage als Hybridheizung

Die Unterstützung durch eine weitere Heizquelle ist häufig die erste Wahl. Das kann z.B. der vorhandene Öl- oder Gaskessel sein. Wesentlich effizienter aber arbeitet die Kombination aus aufeinander abgestimmten Komponenten, die Hybridheizung mit einer Solarkomponente aus einer Hand.

Die Solaranlage wird durch eine Gas- oder Pelletheizung oder eine Wärmepumpe, einen Solarspeicher, Kollektoren, Leitungen, und eine schlaue Regeleinheit, die dafür sorgt, dass der Solaranteil maximal ausfällt, ergänzt.

Anlagen zur reinen Brauchwasserbereitung haben ihre beste Zeit im Sommer, besitzen zwischen vier und sechs Quadratmeter Kollektorfläche. Kombi-Anlagen zur Heizungsunterstützung dagegen speisen die Energie in den Heizkreis ein: Größere Kollektorflächen (auf einem Einfamilienhaus um die zwölf Quadratmeter) mit steilerer Neigung nutzen ausgiebig die Sonnenstrahlen in der Heizperiode, in Herbst, Winter und Frühling. Sie können der Hauptheizung bis zu 30 Prozent ihrer Arbeit abnehmen.

Gar zu ehrgeizig erschien vor nicht langer Zeit die Vollversorgung durch die Sonne, doch sie ist inzwischen Realität. Häuser mit einem entsprechend großen Speicher (bis zu 30.000 Liter Fassungsvermögen) benötigen lediglich noch zur Sicherheit und um der Wohnatmosphäre willen einen Kaminofen.

Solaranlagen: am besten mit Flächenheizungen

Man kommt seiner Solarheizung sehr entgegen, wenn man das Verteilsystem auswechselt. Heutige Platten- oder Flachheizkörper benötigen wesentlich niedrigere Vorlauftemperaturen als die Radiatoren alter Schule.

Vor allem aber sind Flächenheizungen (z.B. Wandheizungen oder Fußbodenheizungen) die idealen Partner von Solarheizungen: sie verbessern erwiesenermaßen das Wohnklima und arbeiten mit circa 35 Grad Vorlauf – perfekt für die Nutzung von Sonnenenergie.

Tipp: Förderung für Solaranlagen

Förderung:

BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle): Förderung in Form von Zuschüssen, Antragstellung vor Erwerb der Anlage und Beauftragung des Installateurs (Tel: 0 61 96/9 08 – 16 25, Fax: 0 61 96/9 08 - 8 00, www.bafa.de)

KfW: zinsgünstige Kredite und Zuschüsse, im Rahmen der Programme 151, 152 „Energieeffizient Sanieren – Kredit“, 167 „Energieeffizient Sanieren – Ergänzungskredit“, 430 „Energieeffizient Sanieren – Investitionszuschuss“ sowie 431 (Zuschuss) „Energieeffizient Sanieren – Baubegleitung“; Beteiligung eines Energieberaters (zu finden unter: www.energie-effizienz-experten.de) ist obligatorisch (www.kfw.de, E-Mail: info@kfw.de; kostenloses Infotelefon: 08 00/5 39 90 02, Mo – Fr von 8:00 bis 18:00 Uhr, Fax 0 69/74 31 – 95 00)

Gütezeichen/Label:

Solar Keymark: Qualitätszeichen für Anlagenkomponenten, i.d.R. Förderbedingung; EU-Effizienzlabel, auch ErP-Label (ErP = „Energy related Products“), wird bei Verbundanlagen individuell aus den Daten der einzelnen Einheiten erstellt

Info-Adressen und Literatur:

Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e. V.,
Informationen zur Solarenergie und zur Energiepolitik, als Service Durchsicht von Angeboten – www.dgs.de; www.dgs.de/service/angebotscheck 

Sonnenhaus-Institut, umfassende Informationen zur Planung großer Anlagen – www.sonnenhaus-institut.de 

Informationen zu allen Fragen der Energieeinsparung im Gebäude, von der gemeinnützigen Beratungs-
gesellschaft co2online – www.co2online.de 

Solarwärme – Heizen mit der Sonne,
v. Klaus Oberzig, Ratgeber,
hg. von der Stiftung Warentest, 2. Aufl, 2016; 24,90 €

Solare Wärme – Das Solarthermie-Jahrbuch 2019
(für Fachleute und techn. interessierte Bauherren);
24,90 € 

Solarspeicher für den Winter

Die Solarregelung überwacht Temperatur und Druck und verfügt über einen Wärmemengenzähler. Von ihm erfährt man, wie die Ausbeute heute, gestern, im letzten Monat war. Die Regelung stoppt den Kreislauf gelegentlich an heißen Tagen, an denen einfach nicht genug Wärme „abgefragt“, aber reichlich produziert wird. Diese „solaren Spitzen“, Zeiten des Überangebots, die viele ungenutzt verstreichen lassen müssen, haben den Technikern und Pionieren keine Ruhe gelassen.

Ihre Lösung besteht in der Vergrößerung der Speicher, bis hin zum sogenannten Saisonal-Speicher, der die Hitze des Sommers für den tiefsten Winter einlagert. Mit Fassungsvermögen von fünf bis fünfzehn Kubikmetern ähneln sie eher Raketenstufen und werden vor Erstellung des Daches per Kran eingelassen. Schon so einige Gebäude haben auf diese Weise solare Deckungsraten von 50 Prozent und mehr erreicht: die Hälfte des Wärmebedarfs wird von der Sonne gedeckt.

Allerdings ist Größe allein kein Maßstab. Der solare Deckungsgrad, also der Teil des Wärmebedarfs, der durch die Sonne gedeckt wird, ist mitentscheidend. Besonders effizient sind sogenannte Schichtenspeicher. Durch die natürliche Temperaturschichtung des Wassers und eine ausgeklügelte Technik lagern sie Sonnenwärme auf unterschiedlichen Niveaus ein, sodass auch niedrige Temperaturen genutzt werden können.

Dimensionierung der Solarkollektoren auf dem Dach

Für die Brauchwassererwärmung reichen vier bis sechs Quadratmeter Kollektorfläche auf dem Dach. Von den um bis zu 25 Prozent effektiveren, aber auch teureren Vakuumröhren-Kollektoren entsprechend weniger, denn das Vakuum isoliert besser und erhöht so den Ertrag. Der Speicher im Keller oder im Technikraum sollte zwischen 400 und 500 Liter fassen.

Anlagen zur Heizungsunterstützung benötigen zehn bis 15 Quadratmeter: Sie laden einen Pufferspeicher, der im Einfamilienhaus um die 1.000 Liter fassen sollte. Aus ihm werden Heizkörper und Fußbodenheizung versorgt, die Trinkwasserbereitung erfolgt indirekt, entweder in einem innenliegenden Boiler oder per Durchlauferhitzer (Frischwasserstation).

Am effizientesten zur Warmwasserbereitung sind Schichtenspeicher, in denen weder beim Anzapfen noch beim Laden die natürliche Schichtung nach Wassertemperatur – oben am heißesten, unten am kältesten – durcheinandergewirbelt wird. Reine Trinkwasseranlagen können zwischen zehn und 15 Prozent des jährlichen Wärmebedarfs decken, Anlagen zur Heizungsunterstützung üblicher Auslegung um die 30 Prozent.

Da die „Kombi-Anlage“ inzwischen häufiger installiert wird als die Brauchwasser-Anlage, profitiert man von der Anpassungsleistung der Hersteller, die komplette Einheiten dieser Größe kranfertig liefern.

Solaranlage für ein Einfamilienhaus

Mindestanforderungen gemäß
Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EnEW)


15 Prozent Beitrag zur Bedarfsdeckung, oder wenigstens 0,04 Quadratmeter Kollektorfläche pro Quadratmeter beheizter Wohnfläche, da der CO2-Ausstoß der Solarthermie mehr oder weniger gleich Null ist

Planung
Ein durchschnittliches Wohnhaus braucht für die Warmwasserbereitung einen Speicher ab 400 Liter Fassungsvermögen und ca. 6 Quadratmeter Kollektorfläche, zur Heizungsunterstützung mindestens 800 Liter und 10 bis 18 Quadratmeter Kollektorfläche. Auf einem „Solarhaus 50 +“, wie es zum Beispiel vom Straubinger Sonnenhaus-Institut entworfen wird, kann das komplette Süddach Solardach sein.

Ausrichtung möglichst direkt nach Süden, Neigung von um die 45 Grad, steilere Neigung bei Heizungsunterstützung, um die Wintersonne besser nutzen zu können. Dazu den ganzen Tag und das ganz Jahr über unverschattet, was man am besten schon im Zuge der Grundstückssuche, spätestens der Hausplanung bedenken sollte. Die Regeleinheit sollte unbedingt auch einen Wärmemengenzähler haben, damit man die Leis­tung überwachen kann.

Solarthermie für den Altbau

Jeder Altbau mit nur ein wenig unverschatteter Dachfläche kann seine Solaranlage bekommen. Vorab ist zu klären, ob das Dachgerüst ausreichend tragfähig ist, gegebenenfalls muss es verstärkt werden. Größere Speicher können am Aufstellort im Heizungskeller zusammengesetzt werden.

Pufferspeicher von XXL-Anlagen, die über 50 Prozent des Bedarfs decken können, fassen zwar nicht selten 5.000 Liter oder mehr, sind damit aber nicht größer als die üblichen Heizöltanks. Da für die Heizungsunterstützung besonders die tief stehende Wintersonne genutzt werden muss, im Sommer dagegen die Überschüsse oft nicht verwertet werden können, ist eine steile Dachneigung von Vorteil, von mindestens 40 Grad. Bei zu flacher Dachneigung kommt eine Montage der Kollektoren an der Fassade in Frage.

Die Förderung ist üppig, eine der Förderbedingungen ist das (ohnehin sinnvolle) Hinzuziehen eines Energieberaters. Er begleitet das Projekt, begutachtet zu Beginn das gesamte Gebäude, kann feststellen, welche Modernisierungsmaßnahmen in welcher Kombination (und Reihenfolge) das optimale Ergebnis bringen. Er kontrolliert auf Wunsch die Arbeiten und muss zum Abschluss das Erreichen der Einsparziele bestätigen. 

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