Solarertrag richtig nutzen

Mit Blick auf mehr Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern und die damit verbundenen Kosteneinsparungen sowie ein wachsendes ökologisches Bewusstsein entscheiden sich immer mehr Hausbesitzer dafür, die Wärmeversorgung ihrer Immobilie mit solarer Energie zu unterstützen. Wenn sie dabei sowohl die Trinkwassererwärmung als auch die Heizungsunterstützung angehen, muss neben der Solarthermieanlage ein kompatibler Speicher angeschafft werden.

Hier gilt es, unter Berücksichtigung der Leistung der Kollektoren, des individuellen Bedarfs, der baulichen Voraussetzungen sowie des persönlichen Anspruchs an die Umweltverträglichkeit den passende Typ auszuwählen.

Flachkollektoren vs. Vakuum-Röhrenkollektoren

Wie hoch der solare Energieertrag ist, hängt vor allem von den Kollektoren ab. Unterschieden wird hier zwischen Flachkollektoren und Vakuum-Röhrenkollektoren, die beide spezifische Vor- und Nachteile mit sich bringen. So haben in Bezug auf die erzielbaren Solarerträge Röhrenkollektoren gerade unter schwierigen Bedingungen einen messbar höheren Wirkungsgrad und erbringen selbst im Winter oder an bewölkten Tagen noch hohe solare Erträge auf hohem Temperaturniveau.

Flachkollektoren sind demgegenüber in ihrer Anschaffung deutlich günstiger. Außerdem zeigen sie sich flexibler bei der Montage, da sie als Aufdach- und als Indachanlagen installiert werden können. Ein Argument wird jedoch häufig übersehen: Je effizienter der Kollektor, desto weniger – häufig recht knappe – Dachfläche wird für die Produktion derselben Menge an Solarenergie gebraucht. Wie viel Wärme letztendlich im Speicher ankommt, hängt also auch maßgeblich von der Leistungsfähigkeit des Kollektors ab.

Anforderungen an Warmwasserspeicher

Bei der Entwicklung neuer Speichertechniken und der Optimierung bestehender Produkte müssen Hersteller die Bedürfnisse des Fachhandwerkers und des Endkunden im Auge behalten. Hier spielen neben den Kosten für den Speicher auch praktische Kriterien, wie die Größe, eine Rolle. Findet sich im Neubau eventuell noch eine Lösung, muss der Speicher im Bestand so dimensioniert sein, dass er noch durch die Kellertür passt.

Weiterhin spielt neben möglichst geringen Wärmeverlusten auch das Schichtungsverhalten des Speichers eine wichtige Rolle. Wenn hier das Wasser nicht durchmischt wird, sondern die Schichtung erhalten bleibt, muss der Heizkessel seltener zugeschaltet werden, um die Temperaturen von mindestens 60 °C im oberen Bereich aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus sollte der Speicher mit möglichst vielen Wärmeerzeugern kompatibel sein, damit er im Falle einer Nachrüstung nicht an seine Grenzen stößt.

Speichertechnik für Solarthermie

Flachkollektoren arbeiten mit einem Wasser-Glykol-Gemisch als Wärmeträgermedium, um ein Einfrieren bei Minusgraden zu verhindern. Das erfordert allerdings, dass der Speicher einen Solarwärmetauscher besitzt, da das Gemisch und das Heizwasser getrennt werden müssen. Demgegenüber können Solaranlagen mit Röhrenkollektoren auch mit reinem Wasser als Wärmeträgermedium arbeiten, wie etwa beim AquaSolar-System von Paradigma. Dadurch kann der Kollektorkreislauf direkt in den Warmwasserkreislauf der Heizung eingebunden werden und die Solaranlage ist mit nahezu allen vorhandenen Trinkwasserspeichern kombinierbar.

Andere Voraussetzungen gelten, wenn die Solarenergie sowohl für das Trinkwarmwasser als auch für die Heizungsunterstützung genutzt werden soll. Dann führt kein Weg an einem Kombispeicher oder an einem Pufferspeicher mit integrierter Frischwasserstation vorbei. Der Unterschied dieser beiden Speichertechniken liegt zum einen im Aufbau und zum anderen in der Qualität des aufbereiteten Trinkwassers.

Im Gegensatz zum Kombispeicher, in dem ein Trinkwasserbehälter verbaut ist, der auf Vorrat speichert, funktionieren Frischwasserstationen mit heizungsseitigem Pufferspeicher nach dem Durchlaufprinzip. Das Wasser wird immer genau dann frisch erhitzt, wenn es benötigt wird. Gleichzeitig sind Heiz- und Trinkwasserkreis voneinander getrennt.

Bei einem Kombispeicher bilden Puffer- und Trinkwasserspeicher eine Einheit. Es handelt sich entweder um ein Tank-in-Tank-System, bei dem sich eine Trinkwasserblase im Speicher befindet, oder um ein Wellrohrsystem, bei dem ein groß dimensioniertes Edelstahlwellrohr, in dem das Trinkwasser fließt, durch das Gerät verläuft.

Speicherlösungen für Ein- und Zweifamilienhäuser

Unabhängig davon, welcher Speichertyp letztendlich zum Einsatz kommt, muss dieser grundsätzlich passend zum Wärmebedarf des Gebäudes dimensioniert werden. Um einen möglichst hohen Anteil des Bedarfs mit solarer Energie abzudecken, muss sichergestellt sein, dass die Kollektoren auf dem Dach einen entsprechend hohen Ertrag liefern und der Speicher diesen aufnehmen kann. Andernfalls übernimmt ein heizungsunterstützender Wärmeerzeuger – wie Pellets-, Scheitholz-, Gas- oder Ölkessel – die Versorgung.

Dabei genügt für ein Einfamilienhaus in der Regel ein 800-l-Speicher. Zusammen mit Vakuum-Röhrenkollektoren von rund 10 m² Fläche können in einem Standardhaushalt bis zu 40 % des Energiebedarfs mit Solarenergie gedeckt werden – etwa 70 % bei der Warmwasserbereitung und bis zu 30 % bei der Heizung.

Mehr Volumen für große Anforderungen

Größere Speicherlösungen werden vor allem bei Sanierungen von Mehrfamilienhäusern, aber auch im energieoptimierten Neubau eingesetzt. Für diese Anwendungsbereiche bietet Paradigma den kompakten Vakuum-Großpufferspeicher Flexca. Dieser besteht aus einzelnen Modulen, die türgängig und überall einsetzbar sind. Dank des modularen Aufbaus erfolgt die Einbringung ohne Baumaßnahmen oder Vorort-Schweißarbeiten. Zusammengebaut erreichen die Module ein Speichervolumen von bis zu 5400 l, sodass große Solarenergiemengen bei geringen Wärmeverlusten gespeichert werden können.

In Hotels kommen dagegen häufig Pufferspeicher-Kaskaden zum Einsatz. Das bedeutet, dass mehrere Behälter miteinander verrohrt sind, um den größeren Bedarf an Wärmeenergie zu speichern. Ähnlich verhält es sich mit den Frischwasserstationen. Eine Kaskade aus zwei bis vier Stationen ermöglicht die Zapfung von bis zu 100 l hygienisch einwandfreiem Trinkwasser pro Minute. Diese Leistung wird zum Beispiel benötigt, wenn in einem Ferienhotel abends viele Gäste zur selben Zeit duschen.

Schritt für Schritt zum ökologischen Heizsystem

Trotz Zuschüssen und Fördergeldern vom Staat sowie Extraboni von den Herstellern selbst bleibt die Anschaffung einer Solarthermieanlage samt Speicher und umweltverträglichem Heizsystem ein Kostenpunkt, den viele Verbraucher erst einmal überdenken müssen. Aber ein ökologisches Heizsystem erscheint nur auf den ersten Blick teurer. Zwar ist die Anfangsinvestition höher, doch im laufenden Betrieb zeigt sich die wahre Kostenersparnis: Die Sonne scheint umsonst und Pellets sind nachweisbar günstiger als fossile Energieträger.

Im Gesamtvergleich wird deutlich, dass ökologisches Heizen nicht teurer ist als die herkömmlichen Varianten. Zudem ist es nicht notwendig, die Solarthermieanlage und den ökologischen Heizkessel als Komplettpaket zum selben Zeitpunkt zu kaufen. Vielen Hauseigentümern ist hier nicht bewusst, dass sie ihre Wärmeversorgung auch nach und nach optimieren können und bereits ein kleiner Schritt große Energie- und zukünftige Kosteneinsparungen bewirken kann.

Solaranlage für Warmwasser

Arbeitet die Solaranlage mit reinem Wasser als Wärmeträgermedium, können Röhrenkollektoren einfach in nahezu jede Heizungsanlage eingebunden werden. Dies ist etwa beim AquaSolar-System von Paradigma der Fall. Der Anschluss der Solaranlage an den Vor- und Rücklauf eines bestehenden Stand-Warmwasserspeichers erfolgt mittels Lanzen. Die umgewandelte Solarstrahlung, die das Heizwasser im Kollektor erwärmt, gelangt mittels Solarpumpe zum Speicher.

Nutzen: In den Übergangszeiten wird die Warmwasserbereitung über die Solaranlage garantiert, der Heizkessel muss nicht anspringen. Zudem können Speicher mit einem Wärmetauscher als Solarspeicher genutzt werden.

Nachhaltigkeit nachrüsten

In diesem einfachen Beispiel besitzt ein Hauseigentümer einen Ölkessel und einen kleinen Trinkwasserspeicher, der 200 l fasst. Aufgrund seiner begrenzten finanziellen Möglichkeiten entscheidet er sich nach der Beratung durch seinen Fachhandwerker dazu, schrittweise eine Solarthermieanlage samt Speicher nachzurüsten.

Schritt 1 – Umstieg auf solare Trinkwassererwärmung: Installation von Vakuum-Röhrenkollektoren, die im Sommerhalbjahr die Trinkwassererwärmung nahezu komplett übernehmen und im Winter unterstützen. 5 m² Kollektorfläche reichen vorerst aus. Der bisherige 200-l-Speicher kann in Verbindung mit AquaSolar-Röhrenkollektoren bestehen bleiben, da diese mit reinem Wasser arbeiten und mit jedem bestehenden Heizkreis kombinierbar sind. Der Ölkessel gönnt sich im Sommer eine längere Pause.

Solare Deckung für das Trinkwarmwasser: ca. 60 %

Einsparung: ca. 2500 kWh/a

Schritt 2 – Umstieg auf solare Heizungsunterstützung: Austausch des bisherigen Trinkwasserspeichers durch einen Kombispeicher oder Pufferspeicher mit integrierter Frischwasserstation. Gleichzeitig Erweiterung der Kollektorfläche auf 10 m². Die Solaranlage gewinnt nun auch einen Großteil der Energie für die Heizung, sodass der Ölkessel auch im Frühjahr und im Herbst deutlich weniger arbeiten muss.

Solare Deckung für Trinkwarmwasser und Heizung: ca. 30 %

Einsparung: ca. 4500 kWh/a

In einem weiteren Schritt könnte der Hausbesitzer die Kollektorfläche abermals vergrößern, um den Ertrag weiter zu erhöhen. Analog dazu müsste er auch den Speicher erweitern und einen zusätzlichen Pufferspeicher anschaffen. Auf diese Weise können in Ein- und Zweifamilienhäusern über 50 % des Wärmebedarfs mit der Kraft der Sonne gedeckt werden.

Solaranlage für Warmwasser und optionale Heizungsunterstützung

Auch hier wird die Solaranlage nach dem AquaSolar-Prinzip direkt in ein bestehendes Heizsystem eingebunden. Der bestehende Speicher – hier ein Stand-Warmwasserspeicher – arbeitet fortan als Solarspeicher. Ist dieser vollgeladen, wird die Solarwärme mittels eines Tuningsets/Umschaltventils aus dem Solarvorlauf direkt in den Heizungskreislauf eingespeist. Auf diese Weise kann die Sonnenenergie zur Heizungsunterstützung genutzt werden.

Nutzen: Es wird ein höherer solarer Deckungsgrad erreicht. Damit gehen weniger Kesselstarts einher, was wiederum die Lebensdauer des Bestandskessels verlängert.

Solaranlage für Warmwasserbereitung und teilsolares Heizen, Pufferprinzip

Neben der Warmwasserbereitung kann die Solaranlage auch für das teilsolare Heizen genutzt werden. Dabei kommt ein Pufferspeicher zum Einsatz, um die Solarenergie zu speichern. Auch hier arbeitet die Solaranlage nach dem AquaSolar-Prinzip mit Heizungswasser. Die am Pufferspeicher befestigte Frischwasserstation erzeugt im Durchlaufprinzip Trinkwarmwasser. Zudem kann eine Zirkulation am Wärmetauscher angeschlossen werden. Der Pufferspeicher versorgt die Heizkreise vorrangig mit Wärme und der Kessel schaltet sich nur bei Bedarf zu.

Nutzen: Die Solarenergie wird für die Warmwasserbereitung, Heizung und Zirkulation genutzt.

Wilfried Grießhaber ist Abteilungsleiter Produktmanagement/ Produktmanager Solar bei Paradigma, 72135 Dettenhausen, www.paradigma.de