Wärme aus Sonnenstrahlen 01.04.2024, 12:45 Uhr

Solarthermie planen: Grundlagen, Unterschiede und Wirtschaftlichkeit

Sie planen eine Solarthermie auf Ihrem Dach? In diesem Ratgeber klären wir die wichtigsten Fragen zu diesem Thema. Wir beantworten grundsätzliche Fragen und tauchen etwas tiefer in die Materie ein.

Solarthermie

Eine Solarthermie auf dem Dach versorgt das Haus mit kostenloser Wärme.

Foto: PantherMedia / redcarpett

Es gibt zwei Möglichkeiten, Sonnenstrahlen für sich zu nutzen: Mit der Photovoltaik lassen sie sich in Strom umwandeln, mit der Solarthermie entsteht Wärme. Letztere kann sowohl das Trinkwasser im Haus erwärmen, als auch die Heizung unterstützen. Mit der zweiten Möglichkeit beschäftigen wir uns in diesem Ratgeber. Erfahren Sie zum Beispiel einige grundlegende Dinge über Solarthermie und lernen Sie die Unterschiede zwischen Flach- und Röhrenvakuumkollektoren kennen. Außerdem geht es in diesem Artikel um die Planung und die Wirtschaftlichkeit von Solarthermie – kurz: wir schnüren ein Rundum-Sorglos-Paket zu diesem Thema.

Was ist eine Solarthermie?

Schon im Wort Solarthermie versteckt sich die Anwendung. Denn Thermie kommt aus dem Altgriechischen und bedeutet übersetzt „Wärme“. Eine Solarthermie-Anlage nutzt die Sonnenstrahlen und wandelt diese in Wärme um. Damit können Sie dann Ihr Warmwasser im Haus aufbereiten oder sogar Ihre Heizung unterstützen.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Instandhaltungsmanager*in (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF-Firmenlogo
Wissenschaftler (m/w/d) - angewandte NV-Magnetometrie und Laserschwellen-Magnetometer Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF
Freiburg im Breisgau Zum Job 
Rittal GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Maschinenbauingenieur / Prüfingenieur (m/w/d) Dynamik / Schwingungstechnik Rittal GmbH & Co. KG
Herborn Zum Job 
Vita Zahnfabrik H. Rauter GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Konstrukteurin / Konstrukteur Maschinen und Anlagen Vita Zahnfabrik H. Rauter GmbH & Co. KG
Bad Säckingen Zum Job 
Deutsche Rentenversicherung Bund-Firmenlogo
Teamleiter*in Bauprojekte Elektrotechnik (m/w/div) Deutsche Rentenversicherung Bund
Stadtwerke Frankenthal GmbH-Firmenlogo
Energieberater (m/w/d) Stadtwerke Frankenthal GmbH
Frankenthal Zum Job 
Griesemann Gruppe-Firmenlogo
Lead Ingenieur Elektrotechnik / MSR (m/w/d) Griesemann Gruppe
Köln, Wesseling Zum Job 
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Bauingenieur:in Maßnahmenentwicklung Netze (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
PARI Pharma GmbH-Firmenlogo
Senior Projekt-/Entwicklungsingenieur (m/w/d) in der Konstruktion von Medizingeräten PARI Pharma GmbH
Gräfelfing Zum Job 
ABO Wind AG-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/d) Umspannwerke 110kV für erneuerbare Energien ABO Wind AG
verschiedene Standorte Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) Verkehrsbeeinflussungsanlagen Die Autobahn GmbH des Bundes
Hamburg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleitung (m/w/d) Umweltmanagement und Landschaftspflege Die Autobahn GmbH des Bundes
VIVAVIS AG-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/d) Angebotsmanagement VIVAVIS AG
Ettlingen, Berlin, Bochum, Koblenz Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieur (w/m/d) Telematik-Infrastruktur Die Autobahn GmbH des Bundes
Frankfurt am Main Zum Job 
envia TEL GmbH-Firmenlogo
Serviceingenieur (Field Service Engineer) (m/w/d) envia TEL GmbH
Chemnitz, Halle, Kolkwitz, Markkleeberg, Taucha Zum Job 
Stadt Nordenham-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) der Richtung Bauingenieurwesen (Tiefbau, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserwirtschaft, Wasserbau) oder Umweltingenieurwesen oder staatlich geprüften Techniker (m/w/d) der Siedlungswasserwirtschaft Stadt Nordenham
Nordenham Zum Job 
envia TEL GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Datacenter Infrastruktur (m/w/d) envia TEL GmbH
ILF Beratende Ingenieure GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) Konstruktiver Ingenieurbau / Objekt- und Tragwerksplanung ILF Beratende Ingenieure GmbH
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleiter/in - Planung auf BAB Betriebsstrecken (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Oldenburg Zum Job 
ILF Beratende Ingenieure GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) Verkehrsanlagen Schwerpunkt Trassierung ILF Beratende Ingenieure GmbH
München, Essen Zum Job 

Während Solarthermie-Anlagen also aus Sonnenstrahlen Wärme erzeugen, produzieren Photovoltaikanlagen mittels Sonnenlicht Strom. Beide Anlagen lassen sich zum Beispiel auf dem Dach des Hauses installieren, oder auch auf Garagen- oder Carport-Dächern. Eine kombinierte Nutzung der Anlagen ist möglich. Auf diese Art und Weise erzeugen Sie klimafreundlich Energie, die Sie im Haus direkt verbrauchen können.

Grundlagen der Sonnenenergie

Die Sonne an sich liefert erst einmal Wärme in Form ihrer Strahlen. Mit entsprechenden Kollektoren lässt sie sich einfangen und für den Haushalt nutzen. Dafür macht man sich ein einfaches Prinzip zunutze. Treffen Sonnenstrahlen auf Wasser, erwärmen sie es. Befindet sich das Wasser dabei zusätzlich in einem dunklen Behälter, steigt die Temperatur, die bei der Erwärmung erreicht wird. Genauso funktioniert auch eine solarthermische Anlage.

Entscheidend bei der Planung einer Anlage ist die Ausrichtung des Daches. Zeigt es gen Süden, haben Sie optimale Voraussetzungen für eine Solarthermie-Anlage. Auch eine Süd-Ost- oder Süd-West-Ausrichtung ist in der Regel ebenfalls geeignet, um einen entsprechenden Ertrag zu erzielen. Wichtig dabei: Das Dach sollte nicht zu sehr im Schatten liegen, zum Beispiel verursacht durch andere Häuser oder Bäume. Der Winkel Ihres Daches liegt idealerweise zwischen 30 und 50 Grad, wenn Sie mit der Solarthermie-Anlage Ihr Trinkwasser erwärmen möchten. Ist auch die Unterstützung der Heizung erwünscht, benötigen Sie einen steileren Winkel für optimale Ergebnisse, nämlich zwischen 45 und 70 Grad.

Unterschied zwischen Flach- und Röhrenvakuumkollektoren

Eine Solarthermie-Anlage besteht aus Solarkollektoren, einem Rohrleitungssystem, einer Solarkreispumpe, einem Ausdehnungsgefäß, einem Wärmetauscher und der Heizung. Die Solarkollektoren sind das wichtigste Element. Sie fangen die Sonnenstrahlen ein. Es gibt Flachkollektoren, deren Isolierung nicht so effizient ist. Das bedeutet im Umkehrschluss: Diese Flachkollektoren sind bei niedrigen Umgebungstemperaturen oder auch bei einer hohen Differenz zwischen Außentemperatur und der angestrebten Prozesstemperatur weniger leistungsfähig. Setzt man auf diese Kollektoren, ist deshalb eine größere Fläche notwendig.

Vakuumröhrenkollektoren haben den Vorteil, dass eine Isolierung durch das Vakuum in einer Glasröhre erreicht wird. Entsprechend geringer sind die Wärmeverluste im Vergleich zu Flachkollektoren. Vom Prinzip her lässt sich das mit einer Thermoskanne vergleichen. Denn während es in den Vakuumröhrenkollektoren zu hohen Temperaturen kommt, bleiben die Glasröhren außen kalt. Diese Art von Kollektoren wird häufig eingesetzt, vor allem, wenn das System die Heizung unterstützen soll oder sogar eine Klimatisierung oder Erzeugung von Kälte gefragt ist.

Damit die Wärme aus den Kollektoren durch das Rohrleitungssystem weitertransportiert werden kann, kommt ein sogenanntes Wärmeträgermedium zum Einsatz. Es strömt als Luft oder Solarflüssigkeit durch die Kollektoren, erwärmt sich dabei und gelangt dann durch die Rohrleitungen in Richtung Solarkreispumpe. Diese Pumpe treibt den Kreislauf an und optimiert den Wärmeertrag.

Solarthermie: Der Weg des Wärmeträgermediums Richtung Heizung

Danach geht es für das Wärmeträgermedium weiter in Richtung Heizkessel. Über einen zusätzlichen Wärmetauscher kann die Solaranlage nun das Trinkwasser für Ihr Haus erwärmen. Der Trinkwasserspeicher dient gleichzeitig als Speichermedium für die Wärme aus der Solarthermie-Anlage.

Abnehmer im Haus sind Dusche, Badewanne und alle Stationen, an denen heißes Wasser benötigt wird. Auch Waschmaschinen und Geschirrspüler lassen sich direkt in das System integrieren, sofern die Geräte dafür geeignet sind, warmes Wasser zu beziehen und es nicht selbst beim Waschvorgang zu erhitzen. Das Ausdehnungsgefäß sorgt für einen konstanten Betriebsdruck der Anlage und gleicht mögliche Veränderungen im Volumenstrom aus.

Funktionsweise einer Solarthermie

Im nachfolgenden Video wird recht anschaulich erklärt, wie eine Solarthermie funktioniert und welche Unterschiede es zu einer Photovoltaikanlage gibt.

Planung und Installation einer Solarthermie-Anlage

Wenn Sie sich für eine Solarthermie-Anlage entscheiden, ist es für die Planung der Anlage relevant, ob Sie nur warmes Wasser erzeugen oder auch zusätzlich Ihre Heizung unterstützen möchten. Für die reine Warmwassererzeugung ist eine kleinere Kollektorfläche und auch eine geringere Speichergröße ausreichend. Bei einem Einfamilienhaus geht man in der Regel von drei bis sechs Quadratmetern für die Kollektoren aus und 250 bis 350 Liter für den Speicher. Daraus ergibt sich eine Energieeinsparung von rund 350 Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter der Kollektoren.

Bei der Recherche finden Sie häufig folgende Angaben: Entscheiden Sie sich für Vakuumröhrenkollektoren, geht man pro Person im Haushalt von 0,8 bis 1 Quadratmetern Kollektorfläche und 60 bis 80 Liter Speichervolumen aus. Soll die Heizung ebenfalls von der Solarthermie-Anlage gespeist werden, ist es von Vorteil, wenn Sie eine Heizung mit niedriger Vorlauftemperatur haben, also zum Beispiel eine Erdgas-Brennwert-, eine Pellet- oder moderne Ölheizung. Dann rechnet man mit 9 bis 20 Quadratmetern Kollektorfläche und einem 500 bis 1.500 Liter großen Speicher.

Als Speicher kann einerseits der vorhandene Trinkwasserspeicher dienen. Dieser ist ausreichend, wenn Sie die Anlage nur zur Warmwassererzeugung nutzen möchten. Sobald Sie die Heizung ebenfalls integrieren, benötigen Sie einen größeren Speicher. Dann wird ein sogenannter Pufferspeicher notwendig. Mit einer Größe von bis zu 1.500 Litern lässt sich so auch solarthermisch heizen. Es gibt solche Speicher auch als Kombi-Geräte, damit Sie nicht unnötig viel Platz dafür einplanen müssen.

Kombi- oder auch Schichtenspeicher können Wärme für den Heizkreislauf sowie das Trinkwasser bereithalten. Wer noch mehr aus seiner Solarthermie-Anlage herausholen möchte, setzt auf einen Langzeitspeicher. Sie gibt es als hohe Säule, die sich in ein Gebäude integrieren lässt, oder auch als Erd- oder Eisspeicher. Letztere benötigen allerdings eine zusätzliche Wärmepumpe, um die darin gespeicherte Energie zum Beispiel in den Wintermonaten für das Gebäude nutzbar zu machen. [10] Die Planung und Installation einer solchen Anlage sollten Sie am besten einem Fachbetrieb überlassen.

Auch interessant:

Solarthermie: Wirtschaftlichkeit und Umweltaspekte

Da eine Solarthermie-Anlage je nach Größe und Funktion, also Trinkwassererwärmung oder zusätzliche Heizungsunterstützung, zwischen 6.000 und 17.000 Euro kosten kann, stellt sich automatisch die Frage nach der Wirtschaftlichkeit. Da es häufig Förderprogramme für solche Anlagen gibt, reduzieren sich die Anschaffungskosten. Bei den derzeit steigenden Energiepreisen, vor allem für Erdgas, lohnt sich eine Anlage immer mehr.

Ein Beispiel: Eine Solarthermie-Anlage mit 10 Quadratmetern Kollektorfläche kann pro Jahr rund 2.500 kWh Erdgas einsparen. Geht man von einem Gaspreis pro kWh von 13 Cent aus, so ergibt sich eine Ersparnis von 325 Euro pro Jahr. Für die Anlage selbst sollten Sie rund 150 Euro Betriebskosten einplanen, unter anderem muss die Solarflüssigkeit, also das Wärmeträgermedium, alle vier bis acht Jahre getauscht werden. Rechnet man das hoch, sparen Sie in 20 Jahren rund 3.500 Euro ein, da Sie weniger Gas beziehen müssen.

Bis zu 60 Prozent Ihres Warmwasserbedarfs kann eine Solarthermie-Anlage abdecken. Vor allem in den Sommermonaten können Sie Ihr Warmwasser fast ausschließlich durch die Kollektoren auf dem Dach erwärmen lassen. Bei der Heizungsunterstützung geht man von bis zu 25 Prozent aus. Denn die Heizung benötigen Sie hauptsächlich im Winter, wenn die Sonne eher weniger Energie liefert.

 Aus Umweltgesichtspunkten ist eine Solarthermie-Anlage auf jeden Fall ein Gewinn. Sie sparen fossile Brennstoffe, wie Erdgas, und erzeugen Wärme für Ihr Haus auf eine umweltschonende Art und Weise.

Ein Beitrag von:

  • Nina Draese

    Nina Draese hat unter anderem für die dpa gearbeitet, die Presseabteilung von BMW, für die Autozeitung und den MAV-Verlag. Sie ist selbstständige Journalistin und gehört zum Team von Content Qualitäten. Ihre Themen: Automobil, Energie, Klima, KI, Technik, Umwelt.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.