Wie ein Energiekonzept für ein Wohnhaus aufgehen kann.

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Grafik eines Energiehauses
Grafik: Wolf

Die Gewinnung von Wärme aus Sonnenstrahlen ist im Grunde eine sehr simple Angelegenheit. Die Kunst besteht darin, die entsprechende Technik nahtlos in Energiekonzepte für Wohnhäuser einzubinden.

Anders als etwa bei der Sonnenstrom-Gewinnung muss bei solarthermischen Anlagen die Energie nicht in eine andere Form umgewandelt werden. Wärme liefert die Sonne direkt, man muss sie also nur möglichst effizient einsammeln und verteilen. Zum Einsammeln nutzt man bei Solaranlagen für Privathäuser meist sogenannte Sonnenkollektoren: Dies sind flache oder aus Glasröhren aufgebaute Module, durch die eine Trägerflüssigkeit fließt. Die Sonne erwärmt die Flüssigkeit, diese gibt die Wärme im Haus über einen Tauscher an die angeschlossenen Verbraucher weiter. Zur Anlage gehört außerdem eine Pumpe, die die Trägerflüssigkeit bewegt. Die dafür verbrauchte Menge an Strom ist sehr gering, sodass im laufenden Betrieb nur minimale Kosten anfallen. Die Kollektoren sind ebenfalls recht erschwinglich und dabei langlebig, die Sonne scheint ohnehin kostenlos – einfacher könnte es also nicht sein, preisgünstige Energie zum Heizen und für die Warmwasserbereitung zu gewinnen.

Wärmepumpe, Flachkollektor und Solarspeicher als perfektes Trio.
Wärmepumpe, Flachkollektor und Solarspeicher als perfektes Trio. Beim Hersteller Vaillant kann jedes Heizsystem mit einem Solarsystem verbunden werden. Die Sonne erwärmt dann kostenlos und umweltschonend das ganze Jahr das Trinkwasser und unterstützt von Frühling bis Herbst auch den Heizkreislauf. Die Flachkollektoren gibt es in horizontaler und in vertikaler Ausführung für die perfekte Anpassung ans Dach. Foto: Vaillant

Zeitversatz

Das Problem bei der Solarthermie ist jedoch das gleiche wie bei allen Sonnenenergie-Anwendungen in unseren Breiten: Die Sonne scheint nicht immer, undwann oder wie häufig und lange sie scheint, lässt sich nur in langfristigen Durchschnittswerten ausdrücken. Um eine einigermaßen zuverlässige Versorgung zu erreichen, muss man die gewonnene Wärme also speichern können. Das ist auch unter dem wirtschaftlichen Aspekt empfehlenswert, denn die erzielbaren Einsparungen sollen ja nicht nur das laufende Budget entlasten, sondern auch die Anschaffung und Montage der Anlage bezahlen. Speichern kann man Wärme ohne weiteres und mit geringem Aufwand kurzfristig. Dazu eignen sich sogenannte Pufferspeicher – isolierte Gefäße, die heißes Wasser bereithalten. In vielen Häusern, in denen die Warmwasserbereitung mit der Zentralheizung erfolgt, ist solch ein Pufferspeicher bereits vorhanden und versorgt mit einem entsprechenden Vorrat beispielsweise die Dusche. Solch ein Speicher lässt sich ebenso gut mit dem heißen Wasser vom Kollektor aufheizen.

Gasbrennwertzentrale mit integriertem Solarspeicher lässt sich ideal mit Sonnenkollektoren kombinieren.
Gasbrennwertzentrale mit integriertem Solarspeicher lässt sich ideal mit Sonnenkollektoren kombinieren. „Ecksolar Kompakt BMR“ ist in drei unterschiedlichen Ausführungen erhältlich. Foto: Brötje

Für die ständige Verfügbarkeit von überschaubaren Warmwassermengen lässt sich also recht zuverlässig sorgen. Für die Beheizung eines Hauses oder zur Überbrückung längerer Schlechtwetterperioden genügt ein Pufferspeicher aber natürlich nicht mehr. Hier kommen sogenannte Latentwärmespeicher ins Spiel. In ihnen wird die Wärme durch physikalische Umwandlungsprozesse mit geeigneten Substanzen über längere Zeit gespeichert und lässt sich bei Bedarf relativ gleichmäßig entnehmen. Das funktioniert ähnlich wie die kleinen Wärmekissen, die man in kochendem Wasser kurz aufheizt und die dann eine ganze Weile lang angenehme Wärme spenden. Das ist deutlich effizienter als der gedämmte Wassertank, braucht allerdings auch noch ein großes Speichervolumen. Bei Neubauten lässt sich der benötigte Platz zwar mit einigem finanziellen Aufwand, technisch aber doch recht einfach schaffen – etwa in Form eines Erdspeichers zwischen den Fundamentmauern. Bei einer Nachrüstung stellt das häufig ein größeres Problem dar, sodass dann der verfügbare Speicherplatz bestimmt, in welchem Maß man die Sonnenwärme im persönlichen Energiekonzept berück-sichtigen kann. Doch der technische Fortschritt bleibt nicht stehen. So versprechen thermochemische Speicher noch höhere Kapazitäten. Bis sie auf breiter Front alltagstauglich zur Verfügung stehen, dürfte noch ein wenig Zeit vergehen, aber in die Privathäuser kommen wird die Technik recht sicher.

Der beste Platz für eine Solaranlage ist auf dem Dach.
Der beste Platz für eine Solaranlage ist auf dem Dach. Im Idealfall ist es nach Süden ausgerichtet und im Bereich von 20° bis 60° geneigt. Kollektoren können grundsätzlich auch an der Fassade montiert werden. Foto: BSW/Wagner Solar

Sonnenwärme intensiver nutzen

Wenn die Sonne scheint, steht je nach Anlagengröße reichlich Wärme zur Verfügung. Dann sollte man sie folgerichtig auch möglichst intensiv nutzen. Eine Möglichkeit dazu bieten Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen und Spülmaschinen, die sich direkt an die Warmwasserversorgung anschließen lassen. Der Strombedarf zum Erwärmen des Wassers entfällt dann. Dafür geeignete Geräte besitzen eine interne Steuerung, die jeweils die gewünschte Temperatur aus dem zugeführten Warm- und Kaltwasser mischt – es ist also nach wie vor möglich, auch Programme mit kaltem Wasser oder mit niedriger Temperatur zu nutzen.

Hochleistungs Flachkollektor „Logasol SKT“ dient vorzugsweise der solaren Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung..
Hochleistungs Flachkollektor „Logasol SKT“ dient vorzugsweise der solaren Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung. Er zeichnet sich durch hervorragendes Design ohne sichtbare Schweißnähte aus. Foto: Buderus

In gewissen Grenzen lassen sich die Maschinen auch mit externen Steuergeräten nachrüsten. Ebenfalls möglich ist es, mit Sonnenwärme Kälte zu erzeugen. Dasklingt zwar zunächst etwas widersinnig, doch funktioniert jeder Absorptionskühlschrank in einem Wohnmobil auf diese Weise. Entsprechende Kältemaschinen lassen sich auch in häuslichen Klimaanlagen einsetzen. Das Interessante daran: Die Kühlung wird im privaten Wohnumfeld in aller Regel genau dann gebraucht, wenn die Sonne amkräftigsten scheint. Trotzdem sollte man natürlich nicht allein wegen dieses Effekts eine Klimaanlage installieren, denn die Kühlaggregate müssen schließlich auch bezahlt werden. Wenn jedoch ohnehin eine Klimatisierung geplant ist oder eine vorhandene Anlage erneuert werden muss, kann es sich lohnen, auch diese Variante einmal durchzurechnen.

Flachkollektor mit Vollflächenabsorber aus Kupfer und mit hochselektiver Beschichtung. Edelgasfüllung zwischen transparenter Abdeckung und Absorber zur Reduzierung der Wärmeverluste. Foto: Buderus
Flachkollektor mit Vollflächenabsorber aus Kupfer und mit hochselektiver Beschichtung. Edelgasfüllung zwischen
transparenter Abdeckung und Absorber zur Reduzierung der Wärmeverluste. Foto: Buderus

Klug kombinieren

Möchte man einen möglichst hohen Anteil des häuslichen Bedarfs mit erneuerbaren Energiequellen decken, dann bietet es sich an, auf verschiedene Techniken zugleich zu setzen. Recht interessant ist dabei die Kombination aus Solaranlage und Wärmepumpe. Zum einen können sie einander ergänzen: Wenn die Sonnenkollektoren im Winter weniger Ertrag bringen, holt eine Erdwärmepumpe die benötigte Energie aus dem Boden. Zum anderen können die beiden Anlagen aber auch direkt zusammenarbeiten.

Duschen und Baden mit gutem Gewissen, weil die Sonne das Wasser erwärmt.
Duschen und Baden mit gutem Gewissen, weil die Sonne das Wasser erwärmt. Für immer mehr Bauherren und Hausbesitzer spielt das gute Gefühl eine wichtige Rolle. Foto: Solvis

Das ist immer dann empfehlenswert, wenn die Wärmepumpe mit einer Wärmequelle arbeitet, die jahreszeitlich unterschiedliche Temperaturen aufweist. Das gilt etwa für Luft-Wärmepumpen. Ist es draußen klirrend kalt, kann die Pumpe der Luft keine nennenswerten Energiemengen mehr entziehen, in diesem Fall muss mit einem elektrischen Heizstab zusätzlich geheizt werden. Frostige Tage im Winter bedeuten aber oft einen klaren Himmel. Sonnenkollektoren können dann der Wärmepumpe vorgewärmtes Wasser zuführen, das die Pumpe wiederum auf ein höheres Temperaturniveau bringt, als es die Kollektoren alleine liefern könnten.

Vakuum-Röhrenkollektor nach dem Heatpipe- Prinzip mit automatischer Temperaturabschaltung.
Vakuum-Röhrenkollektor nach dem Heatpipe-Prinzip mit automatischer Temperaturabschaltung für höchste Betriebssicherheit. Seine Antireflexglas-Vakuumröhren und die Verwendung sehr hochwertiger Materialien
bieten beste Leistungswerte. Foto: Viessmann

Denkbar ist auch, dass die Solaranlage das Erdreich rund um den flach vergrabenen Erdkollektor einer Wärmepumpe erhitzt, auf diese Weise den Boden als Wärmequelle regeneriert und einer Vereisung am Kollektor vorbeugt. Und schließlich kann die Solaranlage die Wärme einem Latentwärmespeicher zuführen, aus dem sie ganz nach Bedarf von der Wärmepumpe entnommen wird. Welche dieser Lösungen im konkreten Fall sinnvoll und wirtschaftlich realisierbar ist, sollte in jedem Fall ein Fachplaner ermitteln. Eine Entscheidungsgrundlage sind in diesem Fall auch die Kosten: Die Kombination aus Solaranlage und Wärmepumpe kann eine weitgehende Unabhängigkeit von externen Energieträgern bringen, aber sie ist auch nicht ganz billig.

Eine sorgfältige Materialauswahl und eine wertbeständige Eloxierung tragen zur Langlebigkeit der Kollektoren entscheidend bei. Die robotergestützte Fertigung gewährt eine gleichbleibende Qualität. Foto: Citrin
Eine sorgfältige Materialauswahl und eine wertbeständige Eloxierung tragen zur Langlebigkeit der Kollektoren entscheidend bei. Die robotergestützte Fertigung gewährt eine gleichbleibende Qualität. Foto: Citrin

Sonne und Sonne

Ebenfalls gut kombinierbar sind Sonnenkollektoren zur Wärmegewinnung und Solarpaneele zur Stromerzeugung. Unter der Voraussetzung, dass ausreichend Dachfläche zur Verfügung steht, können beide Techniken friedlich nebeneinander existieren. Welcher Anteil der Dachfläche für welche Technik genutzt wird, ist dann wieder eine Rechenaufgabe, die für jedes Haus individuell gelöst werden muss. Auch hier ist es klug, sich im Vorfeld fachlich beraten zu lassen. Ein direktes Zusammenspiel von Solarthermie und Photovoltaik ist nur eingeschränkt möglich, da es dabei um zwei ganz verschiedene Energieformen geht. Immerhin lässt sich mit Sonnenstrom die Pumpe einer Solarwärmeanlage betreiben. Wie eingangs erwähnt, sind die Stromkosten dafür allerdings ohnehin gering. Wenn beide Techniken vorhanden sind, sollte man diesen Vorteil also nutzen, es lohnt sich aber nicht, dafür eigens Photovoltaik zu installieren.

Hochtransparentes, leicht strukturiertes Solar-Sicherheitsglas .
Hochtransparentes, leicht strukturiertes Solar-Sicherheitsglas beim „Logasol SKT 1.0“ als obere Abdeckung des Kollektors schafft eine interessante Optik. Foto: Buderus

Infos:

Schätzwerte
Den möglichen Ertrag und die benötigte Kollektorfläche sollte ein Profi berechnen. Trotzdem lohnt es sich, zuvor wenigstens einmal grob abzuschätzen, womit Sie rechnen können. Dazu stehen im Netz zahlreiche Solarrechner bereit – oft auf den Seiten einschlägiger Hersteller oder Verbände. Probieren Sie mehrere davon aus, dann erhalten Sie zwar noch keine verbindlichen Aussagen, aber zumindest eine klare Tendenz. Damit gerüstet, können Sie ins Beratungsgespräch gehen. Verspricht der Fachmann weit mehr, als Sie erwartet hatten, dann sollten Sie unbedingt nachhaken und fragen, was ihn so optimistisch stimmt. Sehr zuversichtliche Aussagen von Firmenvertretern sind nur dann etwas wert, wenn sie verbindlich schwarz auf weiß vorliegen.

Fördergelder
An den Kosten für eine Anlage zur solaren Wärmegewinnung beteiligt sich bei der Nachrüstung von Bestandsgebäuden mit Baujahr vor 2009 auch der Staat. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) zahlt je Quadratmeter Kollektorfläche einen Zuschuss, sofern die Anlage zur Raumbeheizung oder für Heizung und Warmwassergewinnung zugleich genutzt wird. Weitere Bonuszahlungen kann man beispielsweise dann erhalten, wenn man gleichzeitig den vorhandenen Heizkessel gegen einen aktuellen Brennwertkessel oder eine förderfähige Wärmepumpe tauscht oder wenn man eine besonders effiziente Kollektorpumpe einbaut. Sinnvoll ist es, sich schon im Planungsstadium detailliert über die Fördermöglichkeiten zu informieren. Der Förderantrag selbst kann noch bis zu 6 Monate nach Inbetriebnahme der Anlage gestellt werden.

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