8 Fragen zur Solarthermie

Solarenergie basiert im Prinzip auf einem einfachen Konzept, das sich überall in der Natur beobachten lässt. Zum Beispiel tanken Reptilien Sonnenwärme, um ihre Körperfunktionen aufrechtzuerhalten. Mithilfe der Solarenergie regulieren sie ihre Temperatur. Dass Menschen die Sonne nutzen und deren Strahlungsenergie als Energiequelle einsetzen, um Wohnstätten zu heizen und warmes Wasser zu beziehen, ist tatsächlich gar nicht so neu. Schon in der Antike verwendeten die Menschen Brennspiegel, um Feuer zu machen. Je nach Klimazone wurden die Gebäude so errichtet, dass sie das Sonnenlicht entweder draußen hielten, damit es drinnen kühl blieb, oder durch der Sonne zugewandte Fenster in die Innenräume ließen, um für Wärme zu sorgen.

Inhalt

1. Was ist Solarthermie?
2. Wie funktioniert eine Solarthermieanlage?
3. Wie unterscheiden sich Solarthermie und Solarheizung?
4. Worin unterscheiden sich die Solarkollektoren?
5. Für wen eignet sich eine solarthermischen Anlage?
6. Wo liegen die Vor- und Nachteile von Solarthermie?
7. Was kostet eine Solarthermieanlage?
8. Welche Förderungen gibt es für Solarthermie?
9. Fazit

Solarthermie funktioniert nach genau diesem Prinzip: Eine Solarthermieanlage wandelt Sonnenenergie in nutzbare thermische Energie um. Im Schnitt beträgt die auf der Erde eintreffende Solarenergie 165 W/qm pro Tag. Damit ist die weltweit auf der Erdoberfläche auftreffende Energiemenge über fünftausendmal größer als der gesamte Energiebedarf der Menschheit. Keine andere Energiequelle bietet ein vergleichbares Potenzial wie die Solarenergie.

#1 Was ist Solarthermie?

Die Funktionsweise von Solarthermie lässt sich vielleicht am besten verstehen, wenn man sich den Unterschied zu dem ebenfalls die Sonnenenergie nutzenden System der Photovoltaik (PV) klarmacht. Bei PV wird mit Hilfe von Siliziumzellen Strom erzeugt, der wiederum für vielfältige Anwendungen genutzt wird: Licht, Geräte, Heizung, Elektroautos etc. Bei der Solarthermie wird durch die Sonnenenergie Flüssigkeit erwärmt, die durch die Sonnenkollektoren läuft. Damit gewinnt man Wärmeenergie für die Warmwasserbereitung und Heizung.

Im Vergleich zu herkömmlichen Heizungen, die mit Gas- oder Öl betrieben werden, generiert die Solarthermie auf umweltfreundliche Weise Energie und deckt dabei 50 bis 65 % des jährlichen Warmwasserbedarfs. Dabei spart sie jede Menge Kosten und vor allem CO₂. Wie viel Heizkosten die Solarthermie konkret einspart, ist vor allem vom Zustand des Hauses und der Gebäudedämmung abhängig.

#2 Wie funktioniert eine Solarthermieanlage?

Eine Solarthermieanlage besteht aus Solarkollektoren, die die Sonnenenergie auffangen und über eine Flüssigkeit in Rohren an einen Warmwasserspeicher im Gebäude weiterleiten. Ein Wärmetauscher leitet dann die Wärme an das Wasser im Pufferspeicher, von wo aus sie direkt oder auf Abruf zur entsprechenden Nutzung ins Heizungssystem oder zum Trinkwasser weiterfließt.

Die Wärmeträgerflüssigkeit kühlt wieder ab und wird zurück in die Solarkollektoren geleitet, um dort wieder erwärmt zu werden. Im Prinzip handelt es sich also um ein Kreislaufsystem, bei dem an dem einen Ende die Wärme der Sonne aufgenommen und am anderen Ende an das Wassersystem des Gebäudes (Warmwasser bzw. Heizung) abgegeben wird. 

Solarthermie besteht also aus folgenden Elementen:

1. Die Solarkollektoren auf dem Dach, in denen eine Trägerflüssigkeit erwärmt wird.
2. Das Leitungssystem für die Trägerflüssigkeit, das die Kollektoren mit dem Wärmetauscher (meist im Keller) verbindet.
3. Der Wärmetauscher, in dem die Trägerflüssigkeit die Sonnenenergie an das Trinkwasser- bzw. Heizungssystem des Hauses abgibt.
4. Der Pufferspeicher, in dem das erwärmte Trinkwasser für die endgültige Nutzung vorgehalten wird.

Damit Solarthermie effektiv genutzt werden kann, sollten einige Voraussetzungen gegeben sein:

Neigung
Für die reine Trinkwassererwärmung reicht eine Neigung der Kollektoren von 30° bis 50°. Kombianlagen, die Trinkwasser und Heizsystem versorgen, brauchen einen Neigungswinkel von 45° bis 70°. Falls notwendig kann ein optimaler Neigungswinkel durch eine entsprechende Trägerkonstruktion hergestellt werden, zum Beispiel bei Flachdächern.

Ausrichtung
Die Solarkollektoren sollten nach Süden gerichtet sein, mit möglichst geringen Abweichungen. So erhalten sie die meiste Sonneneinstrahlung. Natürlich haben Hausbesitzer darauf keinen Einfluss, außer sie planen die Anlage schon bei einem Neubau mit ein. Mögliche West- oder Ost-Abweichungen können zu einem gewissen Grad aber durch die Kollektorengröße ausgeglichen werden.

Fläche
Die Größe der Kollektorenfläche variiert mit der Funktion der Solarthermie. Für die reine Trinkwassererwärmung eines Vier-Personen-Haushalts benötigt man eine Fläche von 5 bis 6 Quadratmetern und kann damit bereits 50 bis 60 % des jährlichen Energiebedarfs decken. Dient die Anlage zusätzlich der Heizungsunterstützung, braucht man etwa zehn bis zwölf Quadratmeter Kollektorenfläche.

Verschattung
Schatten ist für jede Solaranlage ein ernstes Problem. Darum sollte man unbedingt zukunftsorientiert denken. Denn wenn in 2 Jahren auf der Baufläche nebenan ein Gebäudekomplex mit mehreren Etagen gebaut werden soll, ist die nagelneue Solaranlage nach kürzester Zeit sinnlos. Auch Schornsteine oder Bäume sollten keine Schatten auf die Kollektoren werfen.

Statik
Jedes Gebäude weist andere Startbedingungen auf. Ist das Dach schon etwas älter, muss unbedingt eine Fachkraft für Statik hinzugezogen werden, bevor die Planungen für Solarthermie konkreter werden können. Denn das Dach muss belastbar sein: Bereits zehn Zentimeter Schnee wiegen knapp 40 kg/qm. Dazu käme dann die gesamte Kollektoren-Konstruktion. Eine Solarthermieanlage wiegt zwischen zehn und 25 kg&qm Kollektorfläche. Das ergibt doch einiges an Zusatzgewicht.

Baugenehmigung
In der Regel ist die Installation von Solarthermie genehmigungsfrei. Trotzdem sollte man sich absichern und zum Beispiel Rücksprache mit dem Denkmalamt halten, bevor sich die Pläne konkretisieren.

#3 Wie unterscheiden sich Solarthermie und Solarheizung?

Eine solarthermische Anlage kann sowohl nur zur Warmwassergewinnung als auch für die Kombination Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung eingesetzt werden. Im Unterschied zur Photovoltaikanlage erzeugt eine Solarthermieanlage allerdings keinen Strom. 

Solarthermie zur Warmwassergewinnung

Solarthermie zur Raumheizung und Wassererwärmung

Soll eine solarthermische Anlage das Heizungssystem unterstützen, fallen die Kollektoren deutlich größer aus. In der Regel braucht man doppelt so viel Fläche wie bei der reinen Trinkwassererwärmung und natürlich einen größeren Speicher. Pro Quadratmeter Kollektorenfläche kalkuliert man mit 60 bis 80 Liter Speichervolumen. 

Solarthermie ergänzt dann die bereits bestehende Gas- oder Ölheizung. Steht ausreichend solare Wärme zur Verfügung, versorgt die Solarthermie das Heizungssystem komplett, in den sonnenarmen Wintermonaten hingegen nur teilweise. Zum größten Teil kommt die Wärme dann aus dem bestehenden Heizsystem.

Die Hybridheizung aus Gas und Solar kann dauerhaft Heizkosten senken und CO₂-Emissionen reduzieren. Mehr zum Thema Hybridheizung erklären wir in unsere Beitrag Die Hybridheizung – effizient, kostengünstig, umweltschonend.

Eine Solarthermie mit Kombination aus Heizung und Warmwasser deckt durchschnittlich 25 % der Energie und damit ca. 250 Euro pro Jahr. Nach 20 Jahren Betrieb ergibt das gut 6.500 Euro. Die CO₂-Emissionen reduzieren sich dabei um 750 kg, was hochgerechnet auf 20 Jahre 15 Tonnen weniger CO₂ bedeutet.

#4 Worin unterscheiden sich die Solarkollektoren?

Es gibt bei solarthermischen Anlagen unterschiedliche Kollektoren, die sich vor allem in ihrer Effizienz und in den Kosten unterscheiden. Welche Kollektoren die besten sind, hängt auch von den baulichen Voraussetzungen ab.

Flachkollektoren

Die am häufigsten eingesetzten Solarkollektoren sind sogenannten Flachkollektoren. Der Name weist hier bereits auf die Bauweise hin. Die obere Absorberfläche ist mit Röhren durchzogen, durch die die wärmeleitende Flüssigkeit geleitet wird. Dafür wird ein Wasser-Propylenglycol-Gemisch genutzt, das Minustemperaturen von bis zu -23 °C standhält und einen Siedepunkt von 150 °C hat.

So wird eine das Leitungssystem belastende Zunahme des Volumens vermieden. Diese Wärmeträgerflüssigkeit leitet die durch die Sonne gewonnene Wärme zum Speicher, wobei eine Dämmschicht und die hintere Abdeckung Wärmeverluste verhindern.

Flachkollektoren sind aufgrund ihrer preisgünstigen Technik und der kompakten Bauweise die in Europa am häufigsten eingesetzten Kollektoren. In Deutschland liegt ihr Marktanteil bei ca. 70 %. Pro Quadratmeter liegen die Kosten bei etwa 300 Euro.

Sie sind leicht und trotzdem stabil genug, um sämtlichen Witterungen standzuhalten. Flachkollektoren haben einen Wirkungsgrad von bis zu 80 %; ihre Betriebstemperatur liegt bei etwa 80 °C. Sie kommen meist bei Anlagen zur reinen Warmwassererzeugung zum Einsatz.

Röhrenkollektoren

Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 90 % sind Röhrenkollektoren effizienter als Flachkollektoren. Das liegt an ihrer Konstruktion, durch die deutlich weniger Wärme verloren geht. Der Absorber liegt innerhalb einer Glasröhre in einem Vakuum und ist so sehr gut isoliert. Als Wärmeträger fungiert hier eine Wasser-Diethylenglycol-Mischung, die sich erwärmt und mit Unterstützung einer Pumpe die Wärme transportiert.

Durch die runde Form und die dadurch größere Absorptionsfläche gelangt weitaus mehr Sonnenlicht nach innen. Im Vergleich zu Flachkollektoren brauchen sie 20 % weniger Fläche. So erzeugen Röhrenkollektoren auf einer kleineren Kollektorfläche mehr Wärmeenergie und können mit einer Betriebstemperatur bis zu 150 °C arbeiten. Allerdings lassen sie sich nicht in eine Dachfläche integrieren, sondern müssen immer aufmontiert werden.

Es gibt außerdem Röhrenkollektoren mit zusätzlichen Reflektoren, die die Sonnenstrahlung auf das Rohr und den darin enthaltenen Wärmeträger konzentrieren. So erhöht sich die Temperatur im Inneren der Röhren deutlich schneller, was zu einer schnelleren Nutzbarkeit der Energie führt. Darüber hinaus führt selbst geringe Sonneneinstrahlung zum gewünschten Ergebnis, weshalb sie auch in kälteren Monaten überzeugen.

Aufgrund ihrer Konstruktion muss die Anlage aber regelmäßig gereinigt werden. Zudem sind Röhrenkollektoren mit 400 bis 800 Euro pro Quadratmetern deutlich teurer als Flachkollektoren. 

#5 Für wen eignet sich eine solarthermische Anlage?

Solarthermische Anlagen eignen sich vor allem für Privatpersonen, die unabhängiger von fossilen Brennstoffen werden möchten. Mehr Energieautarkie, weniger CO₂-Emissionen und langfristig auch weniger Kosten. Jede Anlage – ganz gleich welcher Art – muss aber passgenau auf den Bedarf und die Umstände zugeschnitten sein; dementsprechend variieren Aufwand und Kosten.

Ab einem Wasserverbrauch von 40 m³ kann sich eine Solarthermie rentieren. Noch interessanter wird es, wenn man aufgrund eines privaten Swimmingpools einen erhöhten Warmwasserbedarf hat. Das gilt sowohl für einen erdverbauten als auch für einen frei stehenden Pool, der z. B. nur im Sommer zum Plantschen oder Schwimmen aufgebaut wird.

Aufgrund des Volumens reicht die Sonne allein oft nicht aus, um das Wasser ausreichend zu erwärmen. Wer bereits über einen Pufferspeicher verfügt, kann mit der Solarthermie das Heizsystem effektiv unterstützen.

Außerdem spielen die Gegebenheiten des Gebäudes eine wichtige Rolle. Eine Ausrichtung nach Norden oder ein Flachdach mit erheblicher Verschattung durch Bäume bieten keine guten Voraussetzungen, um Solarthermie zu installieren. Ideal ist ein Steildach nach Süden – mit tolerierbaren Abweichungen plus/minus 30 °. Auch Neigungswinkel und Statik spielen natürlich eine Rolle. 

#6 Wo liegen die Vor- und Nachteile der Solarthermie? 

Natürlich ist Solarthermie nicht über alles erhaben und es gibt durchaus Nachteile. Sind die Umstände entsprechend, bringt eine solarthermische Anlage allerdings sehr viel mehr Vorteile mit sich.

Vorteile

• Sonnenenergie ist nahezu unbegrenzt verfügbar.
• Solarthermie arbeitet lautlos und vollkommen emissionsfrei.
• Auch im Winter kann eine solarthermische Anlage effizient arbeiten.
• Lagerung und Transport von Brennstoffen entfallen.
• Man spart bis zu 35 % der jährlichen Heizkosten.
• Solarthermie ist unkompliziert zu installieren.
• Kauf und Installation werden staatlich gefördert.
• Der Wartungsaufwand ist gering.
• Die Anlage hat eine lange Lebensdauer.
• Die Solarthermie lässt sich nahezu komplett recyclen.

Nachteile

• Sonnenenergie ist eine vom Wetter abhängige Energiequelle.
• Solaranlagen eigenen sich eher nur für sonnige Regionen bzw. Standorte.
• Man braucht ausreichend Platz für den Warmwasserspeicher.
• Ausrichtung und Neigung müssen stimmen, nicht jedes Dach eignet sich daher.
• Die Investitionskosten sind anfänglich hoch.
• Man braucht etwas Geduld, bis sich die Anschaffung amortisiert hat.
• Der Wirkungsgrad beeinflusst die Kosten: Eine effektive Anlage kostet auch mehr.

#7 Was kostet eine Solarthermieanlage?

Bei der Energiewende denken viele zuerst an Stromerzeugung und die damit verbundenen Kosten. Photovoltaikanlagen sind darum oft die erste Wahl für Hausbesitzer*innen, die sich mehr Autarkie und weniger CO₂-Emissionen wünschen. Denn während eine PV-Anlage alles abdeckt – Strom, Heizung, Wasser (Wärmepumpe)– versorgt die Solarthermie nur Heizung und Wasser. Die Kosten liegen allerdings unter denen einer Photovoltaikanlage.

Prinzipiell variieren natürlich die Investitionskosten. Jede Anlage muss individuell auf den Bedarf zugeschnitten sein, ansonsten bringt sie nicht die gewünschte Effizienz. Dazu gehören:

• Art der Solarkollektoren (Flachkollektoren oder Röhrenkollektoren)
• Größe der Solarkollektoren
• Größe des Warmwasserspeichers
• Nutzen der Solarthermie (Heizung und Warmwasser oder nur Warmwasser)
• Stromkosten
• Wartungskosten

Der Preis setzt sich zusammen aus:

• Solarkollektoren nach Quadratmetern
• Speicher
• Montage
• Wartung

Eine Solarthermie mit Flachkollektoren bedeutet für einen Vier-Personen-Haushalt:

• Warmwasser
  3 bis 6 qm Fläche
  300 bis 400 Liter Speicher
  9.000 bis 12.000 Euro

• Heizung und Warmwasser
  10 bis 12 qm Fläche
  600 bis 800 Liter Speicher
  13.000 bis 16.000 Euro

Die jährlichen Wartungskosten liegen in der Regel bei 80 bis 100 Euro und sollten alle 2 Jahre durch eine Fachkraft durchgeführt werden. Diese*r prüft die Effizienz, den Anlagenbetriebsdruck, die Solarflüssigkeit, die Dämmung, eventuelle Verschmutzungen, den Solarregler und den Frost- sowie Korrosionsschutz.

Bereits kleinere Hausanlagen lassen sich mit einer permanenten Anlagenüberwachung ausstatten. So sehen Hausbesitzer*innen sofort, wenn es zu Betriebsstörungen kommt – auch via Fernüberwachung am Smartphone.

Da Solarthermische Anlagen mit einer Lebensdauer von 20 Jahren und länger recht langlebig sind, kann man davon ausgehen, dass sich die Kosten weit vor dem Ende der Lebensdauer amortisieren. Gerade bei einer Anlage inklusive Heizungsunterstützung verringern sich die Kosten für Brennstoffe deutlich, wodurch man viel unabhängiger von aktuellen Brennstoffpreisen wird. 

Die Kombination aus Gasbrennwertheizung und Solarthermie gilt als besonders effektiv und zukunftsträchtig.

#8 Welche Förderungen gibt es für Solarthermie?

Im Rahmen des Klimaschutzprogramms bietet die Bundesregierung zahlreiche Fördermittel, die Hausbesitzer*innen verstärkt zum Umstieg auf erneuerbare Energie anregen sollen. Wer heute seine Heizung erneuert oder ein Heizsystem für einen Neubau plant, kann durch zahlreiche Fördermittel seine Investitionskosten erheblich senken. Erst im Januar und Juli 2021 startete hierzu die BEG mit zahlreichen Neuerungen und Anpassungen.

Alle Infos zu den aktuellen staatlichen Förderungen gibt es hier.

Wichtig in Bezug auf alle Anträge für Fördermittel ist: Erst der Antrag, dann die Genehmigung, dann der Einbau und zuletzt die Auszahlung. Fördermittel müssen also unbedingt immer vor dem Einbau beantragt werden.

Die Fördermittel von Solarthermieanlagen laufen zu einem großen Teil über das BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle). Gefördert werden solarthermische Anlagen zur:

• Trinkwassererwärmung
• Heizungsunterstützung
• kombinierten Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung 
• solaren Kälteerzeugung 
• Zuführung von Wärme und/oder Kälte in ein Wärme- und/oder Kältenetz
• Wärme- oder Kälteerzeugung (Alternative zur Innovationsförderung) als ertragsabhängige Förderung

Was sich bei den Förderprogrammen für Heizungen 2023 alles ändert, erklären wir in diesem Beitrag.

Die Solarthermieanlage muss das Zertifizierungszeichen Solar Keymark⁽²⁾ tragen. Die aktuelle Liste von Kollektoren und Anlagen, für die Hausbesitzer*innen Fördermittel beantragen können, wird ständig aktualisiert und vom BAFA veröffentlicht. 

Hauseigentümer*innen sind gut beraten, sich schon in einer frühen Planungsphase über Förderprogramme zu informieren ⁽³⁾. Welche Förderung für das Vorhaben die richtige ist, entscheidet am Ende das BAFA. Die Zuschüsse oder Kredite lassen sich oft durch regionale Fördermittel ergänzen. 

Fazit

Im Zuge der Energiewende sind alle Hausbesitzer*innen gut beraten, bei Umbaumaßnahmen auf nachhaltige Energiequellen zu setzen. Sie profitieren dabei von staatlichen und regionalen Förderungen. Solarthermie nutzt das, was ohnehin da ist und unseren Lebensraum mit Energie versorgt: die Sonne. Sonnenenergie ist unangefochten die Nummer Eins der Energiewende. Denn nichts ist so beständig wie die Sonne.

Es ist also sinnvoll, dass immer mehr Immobilienbesitzer*innen beim Thema Warmwasserbereitung und/oder Heizungsunterstützung auf Solarthermieanlagen setzen. Ob sich die Investition lohnt, hängt von vielen Faktoren ab und letztlich vom eigenen Konsumverhalten. Wer seinen Verbrauch aber sinnvoll gestaltet, der senkt mithilfe einer solarthermischen Anlage langfristig seine Kosten. Und leistet dank deutlich geringerer CO₂-Emissionen seinen Beitrag zur Energiewende.

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Belege

⁽¹⁾ https://www.verbraucherzentrale.de/wissen/energie/erneuerbare-energien/solarthermie-solarenergie-fuer-heizung-und-warmwasser-nutzen-5568
⁽²⁾ https://de.wikipedia.org/wiki/Solar_Keymark
⁽³⁾ https://www.bafa.de/SharedDocs/Downloads/DE/Energie/ee_solarthermie_grundwissen.pdf