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Heizen mit der Sonne

Solarwärme birgt viel Potenzial!

Heizkosten nehmen bei den Energiekosten den größten Anteil ein. Über 80 Prozent des häuslichen Energieverbrauchs gehen auf die Raumheizung und die Warmwasserbereitung zurück. Da dies ein entscheidender Kostenfaktor ist, kann viel Geld eingespart werden, wenn möglichst viel Wärme durch Solarenergie gewonnen wird.

Die Solarwärmetechnologie, auch Solarthermie genannt, ist ausgereift und ausgesprochen langlebig. Über zwei Millionen Anlagen sind auf deutschen Dächern installiert. Solarwärme wird staatlich gefördert. Für alle bestehenden Einfamilienhäuser könnten bereits Anlagen mit 20qm bis zu einem Viertel des teuer bezahlten Heizöl- oder Erdgasverbrauch vermeiden. Das entspricht je nach Standort und Größe des Gebäudes immerhin 430 bis 620 Liter Heizöl bzw. Kubikmeter Erdgas pro Jahr. Mehr zu den Potenzialen finden Sie unter www.solarthermie-potenziale.de

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Solarthermie-Film „Heizen mit der Sonne“

Die Dreharbeiten zum Solarthermie-Film „Heizen mit der Sonne“ fanden in einem sanierten Altbau im Erzgebirge und einem modernen Sonnenhaus in Berlin statt. Die dort lebenden Familien gewähren Einblicke in ihr Zuhause und berichten von ihren Erfahrungen mit der Solarwärme. Aus welchen Komponenten eine Sonnenheizung besteht und wie die Wärme zum richtigen Zeitpunkt an der richtigen Stelle verfügbar gemacht wird, erklärt der Film anhand von leicht verständlichen Animationen.

Das Beispiel aus dem Erzgebirge zeigt eindrucksvoll, dass die Kollektoren einer Sonnenheizung auch bei Bestandsgebäuden wunderbar integriert werden können. Und bei allen Unterschieden demonstrieren beide Häuser, dass wir unsere Abhängigkeit von Öl und Gas schon längst beendet haben könnten. Die Sonne liefert nahezu unbegrenzt Energie. Wir müssen sie nur nutzen!

Sonnenheizungen basieren auf einer ausgereiften Technologie, die deutschlandweit bereits in rund zwei Millionen Haushalten und Unternehmen erfolgreich genutzt wird. Sie erhöht die Unabhängigkeit von steigenden Energiepreisen in dem Bereich, der in Gebäuden am meisten ausmacht: die Wärmeversorgung ist für mehr als 80 Prozent des Energieverbrauchs eines Haushalts verantwortlich. Je nach Größe der Solaranlage und des Pufferspeichers steht die günstige Öko-Wärme Tage bis Wochen über die reinen Sonnenstunden hinaus zur Verfügung — vor allem im Sommer und in den Übergangsmonaten, wenn die konventionelle Heiztechnik am unwirtschaftlichsten arbeitet.

Der Einbau einer klimafreundlichen Sonnenheizung wird vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) mit direkten Zuschüssen und von der KfW mit zinsgünstigen Krediten großzügig gefördert.

Solarwärme - so funktioniert's!

Solarwärme ist eine verblüffend einfache und ausgereifte Technologie. Sonnenlicht wird direkt und ohne Umwege in Wärme umgewandelt. Doch so einfach die Technologie ist, so vielfältig und ausgeklügelt sind die Anwendungsmöglichkeiten. Die Bereitstellung von Warmwasser ist da nur ein Beispiel. Hier erklären wir anhand anschaulicher Grafiken, wie es funktioniert!

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Warmwasserbereitung

In Deutschland wurden in der Vergangenheit mehrheitlich Anlagen zur Warmwasserbereitung installiert. Die Anschaffungskosten variieren deutlich, aber einzelne Händler bieten bereits für etwa 2.000 EUR (ohne Installation, ohne Förderung) Komplettsysteme an. Der recht niedrige Preis dürfte auch der Grund sein, weshalb solche Anlagen eine große Verbreitung erfahren haben.

Man rechnet bei Ein- und Mehrfamilienhäusern mit einem täglichen Warmwasserverbrauch von etwa 40 - 50 Liter pro Person und dimensioniert damit die Anlagen üblicherweise folgendermaßen: 1,0 - 1,5 qm Kollektorfläche pro Person (weniger für effizientere Kollektoren) und dazu ca. 70 l Speichervolumen pro qm Kollektorfläche. Mit einer solchen Anlage kann dann ein jährlicher solarer Deckungsgrad für die Warmwasserbereitung von über 60 Prozent erreicht werden.

Der grundlegende Aufbau einer Warmwasser-Solarthermieanlage ist in der Abbildung links dargestellt (vergrößerte Ansicht hier). Im Solarkreis (1) zirkuliert ein Wärmeträgermedium, das die thermische Energie des Kollektorfeldes (2) in den Speicher befördert. Oft handelt es sich hierbei um ein Wasser-Glykol-Gemisch, mit dem das Einfrieren der Kollektoren im Winter verhindert wird. Das Einbringen der Energie findet über einen Wärmeüberträger (3) statt, der aus Kostengründen meist in den Speicher (4) integriert ist. Zusätzlich dient der Wärmeüberträger auch der Entkoppelung von Solar- und Brauchwasserkreis, denn nur in Ersterem befindet sich das frostsichere Fluid. Eine Zusatzheizung (5) deckt den residualen Energiebedarf, wenn die solare Einstrahlung zu gering ausfällt. So wird sichergestellt, dass immer ein temperiertes Bereitschaftsvolumen zur Verfügung steht.

Durch die verringerte Dichte des Wassers bei höheren Temperaturen bildet sich in guten Speichern eine Schichtung aus. Daher findet die Entnahme des Warmwassers im oberen Speicherbereich statt (6). Analog wird deshalb, während eines Zapfvorganges, unten kaltes Wasser eingelassen (7).

Heizungsunterstützung

Eine Weiterentwicklung sind Kombianlagen, die neben der reinen Warmwasserbereitung auch in der Lage sind, Heizungswärme zu generieren. Durch größer dimensionierte Kollektorflächen und Speichervolumina steht mehr nutzbare Energie zur Verfügung, welche der Raumheizung zugutekommt. Der Marktanteil der durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle geförderten Anlagen stieg bisher stetig, 2011 waren über 60 Prozent der neu installierten Systeme Kombianlagen.

Die große Bandbreite des zu deckenden Energiebedarfes ist ein wesentlicher Grund, wieso bei Kombianlagen keine einfachen Faustformeln zur Auslegung existieren. Folgende Anhaltswerte sollen daher lediglich typische Größenordnungen für Kleinanlagen widerspiegeln: Mit 10 - 20 qm Kollektorfläche und einem Pufferspeicher mit mindestens 800 Liter Fassungsvermögen lassen sich etwa 20 - 35 Prozent Endenergie einsparen. Grundsätzlich ist der Aufbau einer solchen Anlage dem einer Warmwasserbereitungsanlage ähnlich. Die linke Abbildung (vergrößerte Ansicht hier) beinhaltet überdies zusätzliche Elemente, die den aktuellen Stand der Technik wiedergeben. Die thermische Energie der Kollektoren (1) wird ebenfalls über einen Wärmeübertrager (2) in den Speicher eingebracht. Dieser kann entweder intern oder extern ausgeführt sein. Bei der externen Variante können die Anschaffungskosten zwar höher sein, jedoch ist auch die Übertragungsleistung größer. Darüber hinaus kann eine Schichtladeeinrichtung (3) zum Einsatz kommen, welche das erwärmte Wasser, je nach Temperaturniveau, in den entsprechenden Speicherbereich leitet. So wird die thermische Schichtung effizient aufgebaut und erhalten. Es steht dann bereits nach kurzer Einstrahlungsdauer nutzbare solare Wärme zur Verfügung, weil zunächst nur ein kleiner Speicherbereich auf Temperatur gebracht werden muss. Ein weiterer positiver Effekt ist, dass durch die geschichtete Beladung die Rücklauftemperaturen im Solarkreis länger niedrig gehalten werden können. So treten weniger Verluste in der Rücklaufleitung und den Kollektoren auf. Zudem steigt der Wirkungsgrad des Kollektors und es kann bei gleicher Einstrahlung mehr Sonnenwärme geerntet werden.

Die Warmwasserbereitung erfolgt heutzutage oftmals durch eine sogenannte Frischwasserstation (4). Mithilfe einer Pumpe und einem weiteren Wärmeübertrager wird die thermische Energie des Speichers bedarfsgerecht auf das Frischwasser übertragen. Durch das Prinzip der Durchlauferhitzung muss kein warmes Wasser bevorratet werden. Hierdurch wird die Hygiene erhöht; allerdings ist dieser Aspekt nur bei sehr großen Anlagen, z.B. in Mehrfamilienhäusern von besonderer Bedeutung und auch generell unabhängig von der Existenz einer ST-Anlage.

Für die Einbindung des Kessels in das System existieren zwei Varianten. Zum einen die Pufferbeladung, bei welcher der Speicher als zentrales Bauteil dient und alle Wärmeerzeuger und -verbraucher parallel angeschlossen sind. Erzeugung und Verbrauch werden so entkoppelt und können unabhängig voneinander geregelt werden. Zum anderen sind bei Anlagen mit Rücklaufanhebung (5) der Kessel und die Heizung in Reihe geschaltet, parallel dazu der Speicher. Bei zu geringem solaren Angebot und einem kalten Speicher wird die (Fußboden-)Heizung (6) ausschließlich durch den Kessel versorgt. Wenn aber die Rücklauftemperatur der Heizung niedriger liegt als die mittlere Speichertemperatur, so wird Wasser aus dem Speicher in den Kessel geleitet, der dann nur noch eine kleinere Temperaturerhöhung umsetzen muss. Auch geringe Solarerträge auf niedrigem Temperaturniveau können dadurch nutzbar gemacht werden. Falls die Temperatur der Warmwasser-Bereitschaftszone unter einen gewissen Wert fällt (ca. 55 Grad Celsius), dann wird der obere Speicherbereich wieder durch den Kessel beladen (7).

Beide Systemvarianten besitzen jedoch auch Nachteile: Da bei der Pufferbeladung ein größeres Wasservolumen auf hoher Temperatur gehalten wird, entstehen mehr Speicherverluste. Bei der Rücklaufanhebung kann es zu erhöhtem Takten des Kessels kommen, da diesem kein Puffervolumen zur Verfügung steht. Zudem treten konvektive Verluste durch den Kamin auf, weil das warme Speicherwasser durch den kalten Kessel geführt wird. Allgemein lässt sich sagen, dass die Effizienz beider Systeme etwa auf gleichem Niveau liegt.

Quelle: "SOLARTHERMIE - Technik, Potenziale, Wirtschaftlichkeit und Ökobilanz für solarthermische Systeme in Einfamilienhäusern", Wüstenrot Stiftung (Hrsg.); Autoren: Roger Corradini et al.; www.solarthermie-potenziale.de/buch

Solare Prozesswärme

Wärme für Gewerbe- und Industriebetriebe

Einer der vielversprechendsten Zukunftsmärkte der Solarthermie ist die solare Prozesswärme, also die Nutzung von Solarwärme für industrielle Fertigungsprozesse.

Die verbesserten Förderbedingungen des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) bieten seit 2012 vor allem für Gewerbe- und Industriebetriebe finanzielle Anreize für den Einsatz thermischer Solaranlagen.

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Solare Prozesswärme wird bezuschusst!

Solarthermische Anlagen können nicht nur kostengünstig Wohnanlagen beheizen, sondern auch für industrielle Fertigungsprozesse wirtschaftlich genutzt werden. Das Potenzial in diesem Bereich ist groß, da zwei Drittel der gesamten industriell genutzten Energie für die Bereitstellung von Wärme benötigt werden — größtenteils in vergleichsweise niedrigen Temperaturbereichen. Besonders Unternehmen, die in ihren Prozessen eine Temperatur unterhalb von 100 Grad Celsius benötigen, können von thermischen Solaranlagen profitieren.

Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bieten sich beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, der Chemieindustrie und dem Textilgewerbe. Das BAFA bezuschusst Anlagen mit einer Bruttokollektorfläche von maximal 1.000 Quadratmetern mit bis zu 50 Prozent der Investitionskosten. Angesichts steigender Strompreise und gesetzlicher Auflagen zur CO2-Reduktion haben Unternehmen mit dem Umstieg auf solare Prozesswärme nicht nur wirtschaftliche Vorteile, sondern leisten auch einen wesentlichen Beitrag für die Energiewende.

Solare Nah- und Fernwärme

Solarwärme in die Städte bringen!

Die solare Nah- und Fernwärme kann im Wärmemarkt mittelfristig einen bedeutenden Beitrag zur Energiewende im Wärmemarkt leisten. Solare Wärmenetze bringen die von großen Solarkollektoranlagen produzierte saubere und kostengünstige Wärme in die Städte und Quartiere.

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Wärmenetze über das MAP finanzieren

Der Gesetzgeber fördert den Auf- und Ausbau von Wärmenetzen und auch die Errichtung von Solarwärmeanlagen, die in das Wärmenetz einspeisen, sowie von großen Wärmespeichern über das Marktanreizprogramm 2015 (sowohl im BAFA-Teil als auch im KfW-Teil) durch Zuschüsse bzw. Tilgungszuschüsse. Informationen hierzu finden Sie auf der Seite des BAFA bzw. der KfW.    

Der BSW-Solar bemüht sich im Rahmen der „solaren Nah-und Fernwärmeinitiative“, der Solarthermie in der Nah- und Fernwärme zum Marktdurchbruch zu verhelfen. Wenn Sie mehr wissen wollen, kontaktieren Sie die Geschäftsstelle.

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