Heizen und Warmwasser mit Solaranlagen: So geht‘s

Mithilfe einer Solaranlage Warmwasser zu erzeugen und die Heizung zu betreiben, schont Ressourcen⁴ und senkt die monatlichen Heizkosten. Solaranlagen stellen daher eine ideale Alternative zu Brennstoffen wie Gas oder Öl und eine gute regenerative Unterstützung der Heizung dar. Denn die nahezu unbegrenzt zur Verfügung stehende Energie der Sonne eignet sich hervorragend zur Umwandlung in Wärme. Wie die Warmwasserbereitung bzw. Heizungsunterstützung mit Solarthermie funktioniert, wie groß Ihre Anlage sein sollte und worauf Sie achten müssen, erklären wir im Folgenden.

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Eine Solarthermieanlage sorgt für Entspannung – ob bei der warmen Dusche oder beim Blick auf die Heizrechnung. Die Energie-Experten von EWE helfen Ihnen gerne auf dem Weg zur grünen Solarenergie⁴!

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Solaranlage für Warmwasser und als Heizungsunterstützung

Viele verbinden mit dem Begriff Solaranlage klassischerweise Photovoltaik – sprich Solarmodule, die die Energie der Sonne in Strom umwandeln. Zur Heizungsunterstützung und zur Warmwasserbereitung wird dagegen eine Solarthermieanlage benötigt. Solarthermie – vom altgriechischen ‚thermos‘ für Wärme – bezeichnet die Nutzung der Sonnenenergie in Form von Wärme.

Eine Solarthermieanlage besteht zum Einfangen der Sonnenstrahlung aus Solarkollektoren, die genau wie bei Photovoltaik üblicherweise auf Hausdächern montiert werden. Technisch sind diese Kollektoren jedoch etwas anders aufgebaut als im Falle von Photovoltaik. Zum Heizen und zur Bereitstellung von Warmwasser kommen in der Regel zwei verschiedene Kollektortypen infrage: Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren.

Flachkollektoren

Bei Flachkollektoren handelt es sich um flache Platten, die an der Oberseite über einen sogenannten Absorber verfügen. In der Regel ist dies ein geschwärztes und beschichtetes Kupferblech. Der Absorber ist dafür zuständig, so viel Sonnenstrahlung wie möglich aufzunehmen. Aufgrund des speziellen Materials und der Beschichtung ist ein optischer Wirkungsgrad von rund 60 bis 85 Prozent möglich.¹ Bis zu 85 Prozent der Sonnenenergie können unter Idealbedingungen somit in Wärme umgewandelt und weitergeleitet werden.

Zu diesem Zweck befinden sich unter dem Absorber Rohre. Durch die Rohre wird die Solarflüssigkeit gepumpt, die meist aus Frostschutzmittel und Wasser besteht und von der Sonne erwärmt wird. Die Oberfläche der Flachkollektoren ist mit einer Abdeckscheibe aus bruchsicherem und lichtdurchlässigem Glas geschützt. Da sich zwischen Glas und Absorber Luft befindet, geht ein Teil der Sonnenenergie verloren und erwärmt nicht die Flüssigkeit in den Rohren, sondern stattdessen zum Beispiel die Außenfläche der Kollektoren.

Aufgrund ihrer flachen Beschaffenheit bieten Flachkollektoren mit Blick auf die Montage vielseitige Möglichkeiten: Sie können sowohl klassisch in Form einer Auf-Dach-Konstruktion als auch ins Dach eingelassen als sogenannte In-Dach-Konstruktion gebaut werden. Besonders interessant ist letztere Variante, wenn Sie ohnehin vorhaben, Ihr Dach zu renovieren. Die Montage der Flachkollektoren direkt an der Dachfläche spart in dem Fall Dachziegel und zusätzliche bauliche Veränderungen ein. Darüber hinaus kommt auch die Montage von Flachkollektoren an der Außenfassade von Gebäuden bei ausreichender Sonneneinstrahlung infrage.

Vakuumröhrenkollektoren

Vakuumröhrenkollektoren bestehen oberflächlich nicht aus einer flachen Platte, sondern aus mehreren nebeneinander montierten Vakuumglasröhren, den sogenannten Heatpipes. Die einzelnen Heatpipes sind doppelwandig wie eine Isolierkanne aufgebaut. Innerhalb der Röhren befindet sich entweder – genau wie bei Flachkollektoren – die von der Sonne zu erwärmende Solarflüssigkeit oder Wärmeleitbleche sowie ein spezielles eigenes und von der Solarflüssigkeit unabhängiges Wärmeträgermedium. Zwischen den Röhren besteht ein Vakuum. Die innere Röhre ist mit einer Absorberschicht zur besseren Wärmeaufnahme bedampft, um ein Maximum der Sonnenstrahlung aufzunehmen. Das Vakuum im Inneren bietet den entscheidenden Vorteil, dass Energieverluste so gering wie möglich gehalten werden. Durch die Röhren kann die Sonneneinstrahlung zudem in verschiedenen Winkeln auf die Absorber fallen. Vakuumröhrenkollektoren erreichen daher einen optischen Wirkungsgrad von über 90 Prozent.¹

Im Vergleich zu Flachkollektoren sind die Röhrenkollektoren etwas kostenintensiver. Dank ihres hohen Wirkungsgrads benötigen sie zur Erzeugung der gleichen Menge Energie jedoch rund 30 Prozent weniger Fläche. Wenn auf Ihrem Dach nur wenig Fläche zur Verfügung steht oder Sie mit der Solarthermieanlage sowohl heizen als auch Warmwasser bereiten möchten, stellen Vakuumröhrenkollektoren somit eine passende Wahl dar. In puncto Montage eignen sich die Röhrenkollektoren lediglich für die Auf-Dach-Installation. Die Zwischenräume der Röhren müssen gelegentlich von Laub, Ästen und Schmutz befreit werden.

Vorteile und Nachteile von Flachkollektoren

Vorteile und Nachteile von Vakuumröhrenkollektoren

Wie funktioniert eine Solaranlage für Warmwasser?

Wie funktioniert nun also eine Solaranlage mit Kollektoren zur Bereitung von Warmwasser? Neben Solarkollektoren werden zur Erwärmung des Brauchwassers eines Hauses noch folgende weitere Komponenten benötigt:

• Pumpe
• Solarregler
• Warmwasserspeicher
• Rohrnetz zwischen Kollektoren und Speicher

Nach Erwärmung durch die Sonne befördert eine Pumpe die Solarflüssigkeit zum Warmwasserspeicher. Der Speicher ist unerlässlich, um den Bewohnern jederzeit ausreichend Warmwasser zur Verfügung zu stellen. Innerhalb des Speichers fließt das Wärmemittel in einen Wärmetauscher. Der Wärmetauscher bringt die erwärmte Solarflüssigkeit und das Brauchwasser nun indirekt miteinander in Kontakt. So kann die Wärme an das Wasser im Speicher weitergegeben werden. Wird nun warmes Wasser zum Duschen, Abwaschen oder anderweitig gebraucht, kann das solar erwärmte Wasser auch zu einem späteren Zeitpunkt aus dem Speicher entnommen werden.

Die abgekühlte Solarflüssigkeit fließt nach der Erwärmung des Wassers wieder zurück in die Sonnenkollektoren und kann im Rahmen eines Kreislaufs erneut durch die Sonne erwärmt werden. Die Steuerung der Solarthermieanlage übernimmt ein Solarregler. Dieser misst die Temperatur von Solarflüssigkeit und Warmwasser und setzt die Pumpe zum Transport in Bewegung. Sobald sich die Flüssigkeit in den Kollektoren beispielsweise auf einige Grad über der Temperatur im Speicher erwärmt hat, transportiert die Pumpe sie zum Warmwasserspeicher. Ist genügend Warmwasser vorhanden oder die maximal erlaubte Speichertemperatur erreicht, stellt die Solarsteuerung die Solaranlage vorübergehend ab. Flüssigkeitsausdehnungen werden, wie bei der Heizung auch, über ein Ausgleichsgefäß reguliert.

Solarthermie für Warmwasser und Heizung

Möchten Sie eine Solaranlage neben der Warmwasserbereitung auch zur Heizungsunterstützung nutzen, können Sie diese auch mit der Heizung verknüpfen. Ein Teil der erwärmten Solarflüssigkeit fließt dann zum Speicher des Heizwassers und erwärmt dieses. Im Falle eines Kombi- oder sogenannten Hygiene-Schichtenspeichers wird auch das Brauchwasser zusammen mit dem Heizwasser getrennt voneinander in einem Speicher erwärmt.

Aufgrund der vor allem in der dunklen Jahreszeit geringen Sonnenstrahlung eignet sich eine Solarheizung zwar nicht als alleinige Heizung. Zur Heizungsunterstützung ist eine Solaranlage jedoch ideal und lässt sich auch mit relativ wenig Aufwand nachrüsten. Die Solarthermieanlage kann so die konventionelle Heizung unterstützen und Ressourcen wie Gas oder Öl und deren Kosten einsparen. Da der Warmwasserbedarf im Sommer üblicherweise über die Solaranlage komplett abgedeckt wird, können Sie die Gas- oder Ölfeuerung für die Sommerzeit auch komplett abstellen.

Wie viele Solarmodule brauche ich für Warmwasser?

Die richtige Größe der Solarmodule zur Warmwasserbereitung hängt von folgenden Faktoren ab:

• Bedingungen vor Ort (Neigung, Ausrichtung, Verschattung der Kollektoren)
• Art der Kollektoren (Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren)
• Warm- bzw. Heizwasserbedarf des Haushalts
• Gewünschter Deckungsanteil

Der Ertrag Ihrer Solarthermieanlage ist zunächst davon abhängig, welche Gegebenheiten vor Ort vorliegen. Eine nach Süden, Südosten oder Südwesten ausgerichtete Solaranlage fängt beispielsweise mehr Sonnenstrahlung ein als Kollektoren, die auf einem Dach mit Ost-West-Ausrichtung angebracht sind. Der Neigungswinkel sowie gegebenenfalls auftretende Verschattung beeinflussen den Energieertrag ebenfalls.

Wie oben bereits angesprochen, spielt auch die Art der Sonnenkollektoren eine entscheidende Rolle: Mit den energieeffizienteren Vakuumröhrenkollektoren benötigen Sie für den gleichen Ertrag weniger Fläche als mit Flachkollektoren. Wie groß die Kollektorfläche sein soll, hängt nicht zuletzt auch von Ihren individuellen Bedürfnissen und Wünschen ab. Der Warmwasserbedarf und der Heizenergiebedarf aller Bewohner eines Hauses sind hier ebenso wie der gewünschte Deckungsanteil von Bedeutung.

Unter idealen Voraussetzungen und bei ausreichender Kollektorfläche kann eine Solaranlage im Sommer 100 Prozent des benötigten Warmwassers bereitstellen. Über das gesamte Jahr verteilt können immerhin bis zu 60 Prozent des Warmwasserbedarfs gedeckt werden. Doch wie hoch ist der Bedarf im eigenen Haushalt? Im Schnitt verbraucht eine Person täglich zwischen 30 und 50 Liter Warmwasser. Damit diese durch die Solarthermieanlage erwärmt werden können, gelten folgende Zahlen als Orientierung:

Für einen Vierpersonenhaushalt benötigen Sie je nach Art der Kollektoren somit etwa 4 bis 6 Quadratmeter Kollektorfläche zur Warmwasserbereitung. Möchten Sie die Energie der Solaranlage auch für die Heizung nutzen, ist eine mindestens doppelt so große Kollektorfläche notwendig. In diesem Beispiel kann die benötigte Kollektorfläche daher auf 8 bis 12 Quadratmeter ansteigen.

Größe des Solarspeichers

Für eine effiziente Bereitung von Warmwasser via Solarthermie muss darüber hinaus der Solarspeicher richtig dimensioniert sein. Denn wenn der Speicher nicht ausreichend Warmwasser vorhalten kann, nützt auch eine große Kollektorfläche wenig. Der Speicher eines Hauses sollte so ausgelegt sein, dass er den Tagesbedarf jedes Bewohners auf jeden Fall decken kann. Zwischen 30 bis 50 Liter pro Person sollte der Solarspeicher daher mindestens fassen können.

Um auch auf Tage mit wenig Sonnenenergie und einen unvorhergesehenen Bedarf an Warmwasser vorbereitet zu sein, kann das Fassungsvermögen des Speichers ruhig etwas großzügiger ausgelegt werden. Ist der Speicher allerdings zu groß, arbeitet die Anlage ineffizient und Sie müssen im Zweifelsfall auch auf die konventionelle Heizung des Hauses und des Warmwasserkessels zurückgreifen.

Wird die Solarthermie ausschließlich zur Warmwassererzeugung genutzt, kommt ein Trinkwasserspeicher zum Einsatz. Er enthält das Wasser, das zum Beispiel in Bad und Küche benötigt wird. Im Einfamilienhaus hat der Trinkwasserspeicher üblicherweise ein Fassungsvermögen von 300 bis 500 Litern.²  Bei einer korrekt dimensionierten Solarthermieanlage können damit etwa 60 Prozent des Warmwasserverbrauchs durch Sonnenenergie gedeckt werden.

Bei Solarthermie zur Heizungsunterstützung ist der Betrieb eines Pufferspeichers notwendig. Ein solcher Speicher ist mit Heizwasser gefüllt und größer als ein Trinkwasserspeicher. In einem Einfamilienhaus enthält er zwischen 750 und 1.500 Liter² und ermöglicht die Heizungsunterstützung. Pufferspeicher sind häufig als Schichtenspeicher konzipiert und integrieren die Warmwasserbereitung in Form sogenannter Hygiene-Schichtenspeicher.

Lassen Sie sich am besten von einem Energieexperten bei Ihrer Planung und Ausführung der neuen Solarthermieanlage beraten. Eine energetische Fachplanung und Baubegleitung zu Ihrer Solarthermieanlage wird mit bis zu 50 % separat vom BAFA oder der KfW bezuschusst. Schauen Sie zum Thema Förderungen auch in unseren Ratgeber hierzu.

Lassen Sie sich beraten 

Sie interessieren sich für nachhaltige⁴ Warmwasserbereitung – zum Beispiel mithilfe von Solarthermie? Dann nehmen Sie gerne Kontakt zu den Heizungsexperten von EWE auf! Wir beraten Sie im Hinblick auf die individuellen Voraussetzungen bei Ihrem Wohngebäude. 

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Was kostet eine Solaranlage für warmes Wasser bzw. Heizungsunterstützung?

Die Kosten einer Solaranlage für warmes Wasser hängen von verschiedenen Faktoren ab:

• Wahl der Kollektoren
• Kollektorfläche
• Montage

Vakuumröhrenkollektoren sind in der Anschaffung etwas teurer – pro Quadratmeter fallen etwa 600 Euro an³ –, dafür benötigen Sie weniger Kollektorfläche für den gleichen Ertrag. Fällt Ihre Wahl auf die günstigeren Flachkollektoren, müssen Sie dagegen bis zu 30 Prozent mehr Kollektorfläche einkalkulieren. Der Preis pro Quadratmeter liegt hier im Schnitt bei rund 300 Euro³. Je nach Art der Montage – auf dem Dach, ins Dach eingelassen oder an der Fassade – kommen gegebenenfalls Kosten für bauliche Veränderungen hinzu.

Im Schnitt können Sie für einen Vierpersonenhaushalt für eine solare Warmwasserbereitung mit durchschnittlichen Anschaffungskosten in Höhe von ca. 5.000 Euro rechnen. Kommt auch Heizungsunterstützung hinzu, belaufen sich die Kosten auf bis zu circa 10.000 Euro bei einem durchschnittlichen Einfamilienhaus mit 110 Quadratmetern Wohnfläche.³

Den Preis für eine neue Solaranlage können Sie in vielen Fällen auch durch Fördermittel senken.

Solaranlage für Warmwasser: Förderung

Im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) wird Solarthermie vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) und der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) gefördert. Ziel der BEG ist es, Sanierungsmaßnahmen zu unterstützen, die die Energieeffizienz von Gebäuden erhöhen.

Für Solarthermieanlagen an Wohngebäuden können Hausbesitzer im Fallen der Förderung BEG Einzelmaßnahmen über BAFA einen Fördersatz von 25 Prozent in Anspruch nehmen. Das förderfähige Investitionsvolumen muss dabei mindestens 2.000 Euro betragen. Unter die förderfähigen Ausgaben fallen zum Beispiel die Kosten für Anschaffung, Installation und Inbetriebnahme der Solaranlage. Darüber hinaus gewährt das BAFA beim Wechsel auf Solarkollektoren oder Wärmepumpe und gleichzeitigem Austausch der alten mit öl- oder gasbefeuerten Heizung einen zusätzlichen Heizungstauschbonus in Höhe von 10 %. Eine Gasheizung muss hierbei allerdings mindestens 20 Jahre alt sein.

Alternativ gewährt die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) im Rahmen der Förderung BEG Wohngebäude beispielsweise einen Kredit mit attraktivem Tilgungszuschuss für die Sanierung von Wohnhäusern, die mindestens die Standards Effizienzhaus 85 oder Effizienzhaus Denkmal erreichen. Ein Effizienzhaus 85 verbraucht im Vergleich zum Referenzgebäude des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) nur 85 Prozent der Primärenergie. Sanieren Sie ein denkmalgeschütztes Gebäude, darf der Primärenergiebedarf höchstens 160 Prozent des Bedarfs des Vergleichsgebäudes betragen, um den Förderkredit der KfW in Anspruch zu nehmen.

Darüber hinaus bieten viele Bundesländer und Städte immer wieder attraktive Förderungen für umweltfreundliche⁴ Technologien wie Solarthermieanlagen an. Informieren Sie sich daher vor der Anschaffung über mögliche Förderungen und lassen Sie sich professionell beraten – zum Beispiel von den Heizexperten von EWE.