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Wie effektiv ist Solarthermie im Winter?
Neben Photovoltaik ist Solarthermie eine effektive Möglichkeit, Sonnenenergie fürs Eigenheim zu verwenden. Doch viele, die ein Haus besitzen, fragen sich, ob die Wärmeenergie einer Solarthermieanlage auch im Winter ausreichend nutzbar ist oder ob es Abstriche durch geringere Sonnenstunden und Schneefall gibt.
Inhaltsverzeichnis
Was ist Solarthermie?
Wie funktioniert Solarthermie?
Pufferspeicher als zentrale Komponente
Vorteile der Nutzung von Solarthermie
Herausforderungen für Solarthermie im Winter
Wie kann eine Solarthermie-Anlage im Winter optimiert werden?
Kosten und Ertrag
Wann amortisiert sich eine Solarthermieanlage?
Fördermöglichkeiten Solarthermie in Deutschland
Vattenfall Fazit
Was ist Solarthermie?
Unter Solarthermie versteht man die thermische Nutzung von Sonnenenergie. Mithilfe von Sonneneinstrahlung wird Wärmeenergie gewonnen, die im Haus sofort eingesetzt werden kann, und zwar umweltfreundlich und klimaneutral. Anders als mit einer PV-Anlage können Sie mit Solarthermie keinen Strom produzieren. Falls Sie bislang ohne eine entsprechende Anlage in Ihrem Haus mit Strom geheizt und warmes Wasser erzeugt haben, könnten Sie künftig mit einer Solarthermieanlage bezogen auf Ihren Stromverbrauch einen positiven Effekt erzielen und sich unabhängiger von fossilen Brennstoffen machen.
Wie funktioniert Solarthermie?
Eine Solarthermieanlage besteht im Wesentlichen aus den Solarkollektoren, einer Pumpe und einem Solarspeicher beziehungsweise Pufferspeicher. Ausgangspunkt der Anlage sind die Kollektoren, die meist auf dem Dach angebracht sind. In ihnen wird die Strahlungsenergie der Sonne eingefangen. Sie erwärmt eine Flüssigkeit, die sich in den Kollektoren befindet. Mit der Wärme betreiben Sie Ihre Heizung und gewinnen warmes Wasser, aber keinen Solarstrom.
Ein Pufferspeicher ist ein zentrales Bauteil einer Solarwärmeanlage und stellt sicher, dass die Zeitspanne zwischen der Erzeugung von Wärme durch Sonnenschein und deren Nutzung, zum Beispiel beim Duschen, mit minimalen Wärmeverlusten überbrückt wird. Die korrekte Dimensionierung und der fachgerechte hydraulische Anschluss des Pufferspeichers sind entscheidend für die Gesamteffizienz und Rentabilität der Solarthermie-Anlage. Es gibt Pufferspeicher, die Wärme nur kurzfristig, beispielsweise vom Tag bis in den Abend, speichern, sowie solche, die Wärme über einen längeren Zeitraum, bis in die nächste, kühlere Saison, vorhalten können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Warmwasserspeichern, die primär für die Warmwasserbereitung dienen, werden Pufferspeicher zur Unterstützung der Heizung eingesetzt und sind deutlich besser wärmegedämmt.
Vorteile der Nutzung von Solarthermie
Solarthermie unterstützt in den meisten Fällen die vorhandene Heizung oder auch den Betrieb einer Wärmepumpe. Kleine Solarthermie-Anlagen dienen nur zur Trinkwassererwärmung. Je nach Größe der Anlage und Höhe des Warmwasserverbrauchs können Sie mit so einer Anlage bis zu 70 Prozent der für Warmwasser benötigten Energie aus Sonnenlicht produzieren. Bei einem System für die solare Heizungsunterstützung wird die Solarwärme zusätzlich zum Heizen genutzt.
Herausforderungen für Solarthermie im Winter
Sonnenenergie übers ganze Jahr und an bewölkten Tagen? Die Sonne liefert natürlich nicht immer dieselbe Menge an Energie. Die größte Herausforderung für die Solarthermie im Winter ist die Temperatur. Bei Frost könnte die Solarflüssigkeit in den Rohren gefrieren und Schäden verursachen. Schnee kann sich auf die Solarkollektoren legen und so das Licht der Sonne davon abhalten, die Flüssigkeit für die Erzeugung von Wärme zu nutzen.
Reduzierte Sonneneinstrahlung
Naturgemäß ist die Sonneneinstrahlung im Winter deutlich geringer als im Sommer, bei niedrigem Sonnenstand und wenn es insgesamt weniger Sonnenstunden gibt. Über den Daumen gepeilt erreichen Solarthermie-Anlagen während der kälteren Monate durchschnittlich nicht einmal ein Drittel der maximalen Leistung.
Kältere Temperaturen und ihre Auswirkungen
Bei schwächerer Sonneneinstrahlung oder wenn kein Sonnenlicht an die Kollektoren gelangt, zum Beispiel durch Schnee, kann dies in Abhängigkeit vom Modell zu einer Beeinträchtigung der Leistung führen. Eine Solarthermieanlage kann jedoch nicht einfrieren.
Kältesichere Solarflüssigkeit
Im Winter droht das Gefrieren der Solarflüssigkeit in den Rohren. Viele Solarthermie-Hersteller haben ihre Geräte mit Schutzmechanismen für solche Fälle ausgerüstet, etwa eine Solarflüssigkeit aus Wasser und Frostschutz. Der Gefrierpunkt der Flüssigkeit lässt sich dadurch so niedrig einstellen, dass keine Gefahr mehr besteht.
Pumpen gegen Einfrieren
Manche Solarthermieanlagen sind durch komplexe Systeme gegen die Gefahren des Winters geschützt. Sie entleeren die Leitungen, wenn sie nicht in Betrieb sind und pumpen die Solarflüssigkeit erst bei der erneuten Aktivierung in den Kreislauf zurück. Ein anderes Konzept ist der Betrieb der Kollektoren mit Heizungswasser statt mit Solarflüssigkeit. Drohen die Kollektoren einzufrieren, dann kann warmes Wasser aus dem Wärmespeicher durch die Leitungen gepumpt werden.
Ertrag im Sommer und Winter im Vergleich
Der Leistungs-Unterschied bei einer Solarthermieanlage zwischen Sommer und Winter ist etwa im Verhältnis von 3:1. Die Globalstrahlung ist der entscheidende Faktor für den Ertrag einer Solarthermie-Anlage. Etwa drei Viertel der Ernte wird im Sommerhalbjahr eingefahren, im Winterhalbjahr nur etwa ein Viertel.
Neigung der Kollektoren
Ob 70 Grad oder 40 Grad: Auch die Neigung der Kollektoren macht aufs ganze Jahr gesehen einen großen Unterschied, da der Einfallswinkel des Lichtes sich verändert. Eine 70-Grad-Neigung sorgt zwar im Sommer für etwas weniger nutzbare Sonnenenergie, aber im Winter für eine etwas bessere Energiegewinnung, also dann, wenn in der Regel der größere Bedarf an Heizungsenergie herrscht.
Vergleich von Solarthermie mit anderen Heizmethoden im Winter
Die Solarenergie einer Solarthermieanlage kann als Ergänzung zu konventionellen Heizsystemen wie Gas oder Öl einen Beitrag zur Energieeffizienz leisten, erreicht jedoch allein nicht die geforderten 65 Prozent erneuerbaren Energieanteile. Im Winter bleibt die Solarthermie in ihrer Leistungsfähigkeit zudem limitiert.
Wie kann eine Solarthermie-Anlage im Winter optimiert werden?
Damit eine thermische Solaranlage viel Wärme gewinnt, kommt es auf eine optimale Auslegung an. Eine große Rolle spielt dabei die Ost-West-Ausrichtung der Solaranlage. Zeigen die Kollektoren nach Süden, fangen sie einen Großteil des Tages Sonnenstrahlen ein. Auf einem Nord-Dach wäre der Ertrag hingegen eher gering. Ähnlich verhält es sich mit der Neigung. Da die Sonne in der kalten Jahreszeit flach über der Erde steht, fangen steil stehende Kollektoren mehr Energie ein. Im Sommer steht die Sonne hingegen weite Teile des Tages hoch am Himmel, wodurch flach aufgerichtete Kollektoren den größten Ertrag bieten. Ein weiterer wichtiger Punkt: Nur saubere Kollektoren wandeln viel Energie um. Aus diesem Grund sollten Sie eine Solaranlage reinigen und auch den Schnee regelmäßig entfernen.
Checkliste für optimale Nutzung von Solarthermie im Winter
1. Ausrichtung der Kollektoren nach Süden, um auch bei wenigen Sonnenstunden viel Licht aufzufangen.
2. Steile Aufstellung der Kollektoren, um die Strahlen der flach stehenden Sonne ohne hohe Reflexion einzufangen.
3. Saubere und schneefreie Oberflächen der Kollektoren, um viel Licht zum Absorber im Inneren hindurchzulassen.
4. Wenn die Solarthermie im Winter besonders viel Wärme liefern soll, lohnt sich außerdem der Einsatz von Vakuum-Röhrenkollektoren. Diese verlieren durch eine effiziente Dämmung weniger Wärme und sind daher besser für den Einsatz bei niedrigen Umgebungstemperaturen geeignet.
Kosten und Ertrag
Die Anschaffungskosten einer Solarthermieanlage zur Heizungsunterstützung bei niedrigen Temperaturen belaufen sich bei einem durchschnittlichen Einfamilienhaus und 4 Personen auf rund 7.200 bis 12.500 Euro, im Schnitt kann mit 10.000 Euro kalkuliert werden. Langfristig lohnt sich das Investment in eine Solaranlage: Sie sparen je nach Auslegung rund 60 Prozent der Kosten für die Warmwasserbereitung ein und entlasten mit der gewonnenen Wärme darüber hinaus auch die Heiztechnik. Im Vergleich: Eine Photovoltaikanlage hilft Ihnen auch bei Ihrer Ökobilanz, ist aber deutlich teurer als eine Solarthermieanlage. Meist müssen 10.000 € bis 25.000 € in die Hand genommen werden, allerdings amortisiert sich eine solche Anlage auch schneller.
Röhrenkollektoren oder Flachkollektoren
Auch die Wahl der Kollektoren spielt eine Rolle beim Energieertrag. Unterschieden wird zwischen Röhrenkollektoren und Flachkollektoren. Aufgrund ihrer Bauweise sind Röhrenkollektoren im Winter deutlich effizienter als Flachkollektoren. Unterhalb der Röhren befindet sich ein Spiegel, der selbst diffuse Strahlung so bündelt, dass sich Wärme gewinnen lässt, sogar bei einer vereisten Kollektorfläche. Die höhere Ausbeute dieser Solarthermieanlagen im Winter kostet jedoch etwa 30 Prozent mehr.
Kombiniert mit anderen Heizsystemen
Gerade im Winter ist es ratsam, die Solarthermie mit einem weiteren Heizsystem zu kombinieren. Für eine sogenannte Hybridheizung werden hierzu fossile Energieträger einer Gasheizung mit der Sonnenenergie kombiniert. An kalten Tagen wird die Gasheizung einfach dazugeschaltet. Kombiniert werden können aber auch drei oder mehr Systeme. In diesem Fall spricht man von einer multivalenten Heizung, etwa in zusätzlicher Kombination mit einer Brennwertheizung. Alle Komponenten liefern ihren Beitrag an einen Heizwasser-Pufferspeicher, der als Wärmequelle für die Heizung und die Warmwasseraufbereitung dient.
Wann amortisiert sich eine Solarthermieanlage?
Die Zeit für die Amortisation von Solarthermie beträgt meist weit über zehn Jahre. Im Durchschnitt sind es 15 bis 20 Jahre. Erst danach spart die Anlage Geld ein. Der große Vorteil der Solarthermie: Hat sich die Anlage einmal amortisiert, sind die Energiekosten in den folgenden Jahren minimal.
Fördermöglichkeiten Solarthermie in Deutschland
Erhältlich sind Zuschüsse in Höhe von 30 bis 70 Prozent, die Sie bei der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) beantragen. Anrechnen lassen sich Kosten von 30.000 Euro für die erste Wohneinheit. Für jede weitere kommen 15.000 Euro (zweite bis sechste Wohneinheit) bzw. 8.000 Euro (ab der siebten Wohneinheit) hinzu.
Vattenfall Fazit
Vom Waschen der Wäsche bis zum Einbau einer stromsparenden Wärmepumpe lässt sich in beinahe jedem Haushalt einiges an Geld sparen, wenn ein paar Optimierungen vorgenommen werden. Auch wenn Sie nicht gleich jeden Stromspar-Tipp in Ihren Alltag integrieren, können Sie mit ein paar wenigen Optimierungen schnell und einfach Ihre Stromkosten reduzieren und nebenbei die Umwelt schonen.
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