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Solarthermische Systeme: Die Wärmefänger


ÖKO-TEST Spezial Wohnen und Leben - epaper ⋅ Ausgabe 9/2010 vom 23.09.2010

Wenn Sonnenwärme-Anlagen mit ihren Kollektoren die Heizung unterstützen und warmes Duschwasser liefern, nennt der Fachmann das Solarthermie. Bei Neubauten sind sie heute Standard wie der Carport oder die Terrasse.


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Bildquelle: ÖKO-TEST Spezial Wohnen und Leben, Ausgabe 9/2010

Die rasant gestiegenen Energiepreise hatten 2007 und 2008 den Herstellern und Monteuren von Sonnenwärme-Anlagen die Kundschaft geradezu ins Haus getrieben. Nach schwierigen Vorjahren wurden zum Beispiel 2007 rund 94.000 neue Solaranlagen mit einer Fläche von rund 940.000 Quadratmetern installiert. 2008 konnten sich die Monteure vor Aufträgen kaum retten: Rund 2,1 Millionen Quadratmeter ...

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Die rasant gestiegenen Energiepreise hatten 2007 und 2008 den Herstellern und Monteuren von Sonnenwärme-Anlagen die Kundschaft geradezu ins Haus getrieben. Nach schwierigen Vorjahren wurden zum Beispiel 2007 rund 94.000 neue Solaranlagen mit einer Fläche von rund 940.000 Quadratmetern installiert. 2008 konnten sich die Monteure vor Aufträgen kaum retten: Rund 2,1 Millionen Quadratmeter Kollektoren schraubten sie auf deutsche Dächer.

Doch im Jahr darauf der Einbruch: Nur noch 1,5 Millionen Quadratmeter bedeuteten einen drastischen Rückgang der sich 2010 weiter fortsetzte: Allein im Mai 2010 ging die Zahl der installierten Anlagen um weitere 33 Prozent gegenüber dem Vorjahr zurück – anders als bei den Photovoltaikanlagen, die mit der Sonne Strom erzeugen. Grund ist ne-ben der Wirtschaftskrise das Stop-andgo bei der staatlichen Förderung. Im Mai wurden die Mittel für Solarwärme komplett eingefroren, um dann im Juni in stark verringertem Umfang wieder bewilligt zu werden (siehe Seite 56 „Geld vom Staat“). Welche Auswirkungen die Neuregelungen für Handwerker und Kunden haben werden, war im Sommer 2010 noch nicht absehbar. Angesichts der schwachen Nachfrage dürften die Kunden aber wieder beste Chancen haben, bei Preisverhandlungen Nachlässe aushandeln zu können.

Sonne im Paket

Das gilt nicht nur für Standard-Solarwärmepakete, die immer öfter auch zusammen mit einem neuen Heizkessel oder einer Wärmepumpe verkauft werden. Diese Komplettanlagen sind zwar nicht für jeden Zweck die richtige Lösung wie die Auflistung von Fehlerquellen bei thermischen Solaranlagen auf Seite 54 zeigt. Richtig angepasst und individuell eingestellt können sie aber viele Bedürfnisse sonnenhungriger Kunden bedienen. Eine immer größere Rolle spielt dabei die elektronische Regelung. Heizkessel und Solaranlage gehen hier zunehmend gemeinsame Wege: Ein Systemregler steuert die gesamte Heiztechnik und sorgt durch die gute Abstimmung der Wärme erzeuger für eine verbesserte Effizienz. So können Premiumheizkessel nach Herstellerangaben sogar das Wetter vorhersagen. Steht Sonnenschein in Aussicht, wartet die Regelung mit dem Aufheizen des Warmwassers, bis die Sonne ihre Arbeit erledigt hat.

Für die Warmwasserbereitung im Einfamilienhaus hat sich ein Standard entwickelt: Etwa vier bis fünf Quadratmeter Kollektoren und ein 300-Liter-Speicher decken den Bedarf einer vierköpfigen Familie. Wohnen mehr Menschen im Haus, gibt es natürlich auch größere Anlagen. Diese verfügen dann über sechs und mehr Quadratmeter Kollektoren und einen größeren Speicher mit 400 oder 500 Litern. Um die Anforderungen des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes zu erfüllen, muss die Kollektorfläche einer Anlage vier Prozent der beheizbaren Wohnfläche betragen. Bei einem Haus von 150 Quadratmetern sind das sechs Quadratmeter. Damit diese mitsamt dem passenden Speicher auch bei weniger als vier Personen im Haushalt gut ausgenutzt werden, sollte man auch die Spülmaschine und eventuell die Waschmaschine mit sonnenwarmem Wasser versorgen, wobei Vorschalt geräte für Waschmaschinen relativ teuer sind. Für Spülmaschinen sind sie nicht notwendig.

Eine Standardanlage deckt etwa 60 Prozent des Energiebedarfs für die Warmwasserbereitung. Wie hoch der Anteil genau ist, hängt von vielen Faktoren ab: Ob alle Mitglieder einer Familie jeden Tag duschen oder baden, ist genauso entscheidend wie die Ausrichtung der Dachfläche. Je genauer die Anlage nach Süden weist und je besser ihre Neigung dem Idealfall von circa 30 Grad (je nach Breitengrad etwas mehr oder weniger) entspricht, desto besser.

Alles abgestimmt

Nur wenige Anbieter packen in ihre Pakete ausschließlich Vakuumröhrenkollektoren. Normalerweise werden die preiswerteren Flachkollektoren angeboten. Die meisten Systeme sind zur Montage oberhalb der Dachdeckung. Gegen Aufpreis sind auch Einbausätze für die Montage im Dach – anstelle von Dachziegeln – oder mit Ständern fürs Flachdach möglich. Der Aufwand, die Anlage zu montieren, entscheidet auch über die endgültigen Kosten: Die Listenpreise für eine Warmwasseranlage liegen circa zwischen 3.000 und 5.500 Euro. Für die Montage rechnen Branchenexperten mit etwa 25 Prozent der Anlagenkosten, wobei die tatsächlichen Werte stark schwanken. Zwischen zwei und vier Manntagen differieren die Angaben der Anbieter. Man sollte also auf jeden Fall mehrere Angebote einholen, wobei eine sorgfältige Montage einer schnellen vorzuziehen ist.

Speicher verliert Energie

Mindestens genauso wichtig wie die Leistung der Kollektoren ist die Qualität des Speichers, vor allem bei Anlagen zur Heizungsunterstützung. Er konserviert die Wärme über mehrere Tage, sodass auch bei bedecktem Himmel nicht gleich kaltes Wasser aus dem Hahn kommt oder in die Heizkörper strömt und der Heizkessel einspringen muss. Das Maß für die Güte eines Speichers ist der Bereitschaftsverlust. Er gibt an, wie viel Energie der Speicher verliert, wenn das Reservoir 45 Grad wärmer als seine Umgebung ist. Die meisten Speicher verlieren 1,8 bis 2,5 Kilowattstunden pro Tag, gut gedämmte Spitzen modelle laut Hersteller liegen bei weniger als einer halben Kilowattstunde. Interessant für Hauseigentümer mit einer noch relativ neuen Heizungsanlage ist ein Angebot, bei dem Röhrenkollektoren direkt an die vorhandene Heizungsanlage gekoppelt werden, ohne dass man einen neuen Speicher kaufen muss. Allerdings muss dazu der alte Speicher mindestens 180 Liter Wasser fassen.

Heizen mit der Sonne

Dass die installierte Kollektorfläche in Deutschland rasant gestiegen ist, hat auch mit dem Trend zur solaren Heizungsunterstützung zu tun. Mittlerweile erwärmt mehr als jede zweite verkaufte Sonnenwärmeanlage nicht nur das Bade- und Duschwasser, sondern unterstützt zusätzlich auch die Heizung. Mit der Änderung der Förderbedingungen seit Juli 2010 wird sich der Marktanteil von Anlagen zur Heizungsunterstützung weiter vergrößern, weil sie subventioniert werden. Auch hier bieten die Hersteller fertige Pakete an. Die Listenpreise bewegen sich zwischen rund 6.000 und 18.500 Euro, wobei bei dem teuersten Angebot gleich noch ein in den Solarspeicher integrierter Gas-Brennwertkessel im Paket ist. Mit 10 bis 14 Quadratmetern Kollektorfläche passen die Anlagen noch problemlos auf die meisten Dächer. Anlagen mit Vakuumröhrenkollektoren nehmen bei gleicher Leistung etwa 20 Prozent weniger Fläche ein, sind in der Anschaffung aber teurer. Wirtschaftlicher sind jedoch größere Anlagen mit 20 bis 30 Quadratmetern Fläche. Hier müssen allerdings Heizsystem, Heizflächen, Regelung und der Dämmstandard des Hauses genau aufeinander abgestimmt sein, damit die gewünschten Einsparungen sonstiger Heizenergie auch erreicht werden.

Foto: Weishaupt

Die auf dem Dach gesammelte Sonnenwärme bereitet in einem Hauskreislauf Warmwasser für Küche und Bad, zudem unterstützt sie die Heizung.


Foto: Bosch Thermotechnik GmbH

Die Zahl der Firmen , die auf der Baustelle langjährige Erfahrung mit Sonnenwärmeanlagen besitzen, ist inzwischen sehr groß. Zudem sind die Anlagen ausgreift und bieten eine einfache, robuste Technik. Für einen Vier-Personen-Haushalt reichen vier bis sechs Quadratmeter.


Foto: Heike Hering/pixelio.de

Ideal ist es, wenn zur Heizungsunterstützung die Kollektoren stärker als 30 Grad geneigt sind. Denn dann können sie, wenn die Sonne niedrig am Horizont steht, besonders gut die Sonnenstrahlen ernten. Der Speicher einer Anlage zur Heizungsunterstützung fasst zwischen 650 und 1.000 Litern Wasser, das weiter durch die Heizflächen gepumpt wird.

Für die Versorgung mit warmem Trinkwasser gibt es verschiedene Lösungen. Am preiswertesten sind Kombispeicher nach dem Tank-in-Tank(TiT)-Prinzip. Im großen Tank für das Heizungswasser ist ein zweiter, kleiner Tank montiert, der das Trinkwasser enthält, das vom Heizungswasser erwärmt wird. Eine zweite Variante ist der Kombispeicher mit einem extra Rohrwärmetauscher (RWT), durch den das Trinkwasser auf dem Weg zur Zapfstelle fließt und sich dabei erwärmt. Manche Hersteller verwenden eine dritte Variante – sogenannte Frischwasserstationen (FWS). Das sind außerhalb des Speichers montierte Plattenwärme tauscher, die das Trinkwasser wie bei einem Durchflusserhitzer auf Temperatur bringen. Laut Hersteller haben diese Frischwasserstationen den Vorteil, dass sich keine krankheitserregenden Legionellen bilden und die Stationen nicht verkalken, weil das Brauchwasser immer unter der kritischen Temperatur von 65 Grad bleibt. Um die unerwünschte Verwirbelung des gespeicherten Heizungswassers zu verhindern, setzen viele Hersteller bei Anlagen zur Heizungsunterstützung sogenannte Schichtenspeicher ein. Sie ermöglichen die gewollte Temperaturschichtung des Wassers im Speicher (kaltes unten, warmes oben) und lagern die von den Kollektoren kommende Wärme beim passenden Temperatur niveau ein. Das steigert die Effizienz der Anlage um fünf bis zehn Prozent.

Trotz attraktiver Anlagenpreise, staatlicher Zuschüsse für heizungsunterstützende Anlagen und der Perspektive auf steigende Brennstoffkosten: Bei dem heutigen Preisniveau ist und bleibt eine Solaranlage eine Zukunftsinvesti tion. Mit fünf Quadratmetern Kollektoren lassen sich umgerechnet etwa 200 bis 250 Liter Heizöl im Jahr einsparen. Bei Preisen um 65 Cent pro Liter Öl und 75 Cent für den Kubikmeter Gas sind das etwa 130 bis 190 Euro. Bei einer günstigen Solaranlage für circa 4.000 Euro inklusive Montage würde es bei den heutigen Preisen also mehr als zwei Jahrzehnte dauern, bis die Anfangsinvestition wieder erwirtschaftet wird. Bei Höchstpreisen, etwa vom Sommer 2008, als ein Liter Heizöl mehr als 90 Cent kostete, sähe die Wirtschaftlichkeitsrechnung natürlich gleich viel besser aus. Nicht eingerechnet sind dabei Ausgaben für Betriebsstrom, Wartung und Verschleiß.

Ähnlich sieht es bei Anlagen zur Heizungsunterstützung aus. 20 Prozent Deckungsgrad geben die Hersteller für einen Altbau an. Bei einem Jahresverbrauch von 27.000 Kilowattstunden, entsprechend 2.700 Liter Heizöl oder Kubikmeter Gas, steht nach heutigen Preisen am Ende eines Jahres im besten Fall eine Einsparung von etwa 325 bis 400 Euro auf der Rechnung. Wer ein durchschnittliches Niedrigenergiehaus bewohnt, kann zwar mit bis zu 40 Prozent einen deutlich höheren Anteil Wärme von der Sonne ernten, spart aber eher weniger ein. Denn schließlich verbraucht er auch erheblich weniger Öl oder Gas. Im Gegenzug zeigen Beispiele aus der Anfangszeit der Solartechnik, dass die damals installierten Kollektoren auch nach mehr als 30 Jahren zuverlässig Wärme liefern. Die Garantie der Hersteller erstreckt sich natürlich nicht über einen so langen Zeitraum. Hier gibt es von den gesetzlich vorgeschrie benen zwei Jahren bis hin zu zehn Jahren eine große Spannbreite.

Solarthermie-Technik

Um die Wärmestrahlung der Sonne einzufangen und Wärme zu erzeugen, braucht man Kollektoren, die meist auf dem Hausdach, aber auch auf der Garage oder im Garten montiert sein können. Immer noch selten sind Fassadenkollektoren. Die Kollektoren nutzen den Effekt der Wärmefalle, den jeder kennt: Autos heizen sich immens auf, wenn sie in der Sonne stehen. Ähnliches spielt sich im Kollektor ab. Ein dunkel beschichtetes Kupferblech, der Absorber, sammelt die Sonnenstrahlen ein und wandelt sie in Wärme um. Diese Wärme erhitzt die Solarflüssigkeit, die durch Röhrchen an der Unterseite des Absorbers strömt. Die Solarflüssigkeit besteht aus Wasser und Glykol, das die Anlage vor dem Einfrieren schützt. Bei den meisten Anlagen in unseren Breiten fließt deshalb auch kein Trinkwasser durch die Solaranlage, sondern die Solarflüssigkeit zirkuliert zwischen den Kollektoren und dem Speicher, wo sie ihre Wärme abgibt und dann wieder zu den Kollektoren geschickt wird.

Flachkollektoren

Das sind Kästen aus Aluminium. Damit keine Wärme verloren geht, liegt unter dem Absorber eine Dämmschicht. Nach oben deckt eine Scheibe aus Solarglas, das sehr lichtdurchlässig und bruchsicher ist, den Kollektor ab. Empfehlenswert ist ein Glas mit Antireflexschicht, das die Energieausbeute um bis zu 15 Prozent steigert. Flachkollektoren sind in Standardgrößen zwischen 0,5 und circa zehn Quadratmetern erhältlich und haben einen Marktanteil von etwa 90 Prozent.

Foto: Bosch Thermotechnik GmbH

Vakuumröhrenkollektoren

Sie bestehen aus luftleeren Glasröhren und machen sich die Eigenschaften des luftleeren Raumes zunutze, bei dem durch die Luft und die benachbarten Flächen keine Wärme verloren geht. Durch diese bessere Dämmung sind sie etwa 30 Prozent leistungsfähiger als Flachkollektoren – vor allem bei geringer Sonneneinstrahlung und diffusem Licht, wie es im Frühjahr und im Herbst vorherrscht. Sie sind aber auch etwa 30 Prozent teurer. Gerade in der Übergangszeit können sie das Wasser etwas länger ohne Unterstützung des Heizkessels auf die notwendige Temperatur bringen. Ob sich die Mehrausgabe lohnt, sollte man im Einzelfall ausrechnen lassen.

Foto: Bosch Thermotechnik GmbH


Speicher und Solarstation

Warmes Wasser kühlt schnell wieder ab. Deshalb braucht man einen Speicher, der auch Tage mit bewölktem Himmel überbrückt. Sonst könnten die Hausbewohner nur warm duschen, wenn gerade die Sonne scheint. Im unteren Teil des Speichers überträgt ein Wärmetauscher die Wärme der Solarflüssigkeit auf das Trinkwasser; meistens ist das ein mehrfach gewun denes Stahlrohr. Eine Pumpe in der Solarstation besorgt die Umwälzung. Rohrleitun gen verbinden die Kollektoren und den Wärmetauscher miteinander. Im Sommer kommt man mit diesem System gut zurecht, der Heizkessel hat Pause. Im Winter und in der Übergangszeit muss über einen zweiten Wärmetauscher nachgeheizt werden, sonst fällt die Dusche ziemlich frisch aus. Die ganze Anlage wird elektronisch gesteuert. Temperaturfühler sorgen dafür, dass die Pumpe nur dann arbeitet, wenn zwischen Kollektor und Speicher eine gewisse Temperaturdifferenz besteht.

Foto: Arahan/fotolia.com

Zeichen der Qualität

Ein Qualitätsmerkmal für Kollektoren ist das europäische LabelSolar Keymark . Alle Kollektoren, die dieses Gütezeichen tragen, sind nach europäischen Normen getestet. Wer sich die staatliche Förderung sichern will, sollte auf dieses Zeichen achten, da es Voraussetzung für den Zuschuss ist. Eine Reihe von Kollektoren trägt auch denBlauen Engel . Das bedeutet, dass sie einen Mindestertrag erzielen. Den geforderten Ertrag schafft allerdings jeder Qualitätskollektor, und umweltfreundlich ist Sonnenenergie sowieso. Deutlich ausführlicher ist das RAL-Gütezeichen für Solarenergieanlagen, verliehen von der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS). Mit diesem können sich Hersteller, aber auch Installationsbetriebe auszeichnen. Wer mit seinem Handwerker vertraglich vereinbart, dass er die Anlage nach den Anforderungen des GütezeichensSolar installiert, hat bei Streitfällen eine gute Rechtsposition. Vielen Herstellern sind die Auflagen des Gütezeichens allerdings zu aufwendig, bislang haben sich rund ein Dutzend zertifizieren lassen. Trotzdem sollte man versuchen, die Regeln des Güteschutzzeichens zur Grundlage des Vertrags zu machen. Infos im Internet unter www.gueteschutz-solar.de


Foto: Cyril Comtat/fotolia.com