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Solarthermie: Günstig und klimafreundlich heizen

  • von Alexander Rosenkranz
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Sie möchten Wärme klimafreundlich und ohne laufende Kosten selbst erzeugen? Mit der Solarthermie ist das möglich. Denn Solarthermieanlagen fangen das Licht der Sonne auf und wandeln die enthaltene Energie direkt in Wärme um. Sie können diese zur Warmwasserbereitung oder mit einer Solarheizung sogar zur Heizungsunterstützung nutzen. Mit attraktiven staatlichen Zuschüssen lohnt sich das heute mehr denn je. Wir informieren über Aufbau, Kosten sowie Förderung und erklären, wann sich die Solarthermie für Sie lohnt.

Solarthermie: Was ist das und wie funktioniert es?

Der Begriff Solarthermie beschreibt eine Technik, mit der sich die Solarenergie der Sonne in Wärme umwandeln lässt. Die sogenannten Solarthermieanlagen sind seit Langem erprobt und technisch ausgereift. Sie erreichen hohe Wirkungsgrade und versorgen Ihr Haus nahezu kostenfrei und klimafreundlich mit Wärme. Aber wie funktioniert das und welche Komponenten enthält eine Solarheizung?

Kurz erklärt: Die Funktionsweise der Solarthermie

Kennen Sie das Gefühl, wenn die Sonne auf der Haut brennt? Technisch gesehen handelt es sich dabei um die Wärmeübertragung mittels Wärmestrahlung – das Grundprinzip der Solarthermie. Denn auch die Kollektoren einer Solarthermieanlage erwärmen sich im Sonnenlicht. Sie übertragen die aufgenommene Energie möglichst verlustarm auf eine Flüssigkeit, die sich dadurch erhitzt. Die sogenannte Solarflüssigkeit strömt anschließend über Rohrleitungen zu einem Trinkwasser- oder Pufferspeicher ins Haus, in dem sie die thermische Energie einlagert. Nachdem sich das Medium dort abgekühlt hat, strömt es zurück zum Kollektor, um erneut Solarwärme aufzunehmen. Ein zusätzlicher Wärmeerzeuger komplettiert die Solarheizung und sorgt für ausreichend Wärme, wenn die Sonne einmal nicht scheint. Infrage kommen Gasheizungen, Wärmepumpen oder auch Holzheizanlagen für Scheite oder Pellets. Sie möchten mehr wissen? Detailliertere Informationen finden Sie im Beitrag zur Funktion der Solarthermie.

Bauteile für Solarheizungen und Warmwasser-Solaranlagen

Damit sich die Funktionsweise der Solarthermie zuverlässig umsetzen lässt, sind eine Reihe von Bauteilen erforderlich. Besonders wichtig ist der Kollektor, der das Licht der Sonne in Wärme umwandelt. Er sitzt in der Regel auf dem Dach und ist zur Sonne hin ausgerichtet. Abhängig von seiner Bauweise lassen sich Flachkollektoren und Röhrenkollektoren unterscheiden. Während Erstere ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bieten, eignen sich die leistungsstärkeren Vakuumröhrenkollektoren vor allem dann, wenn die Bedingungen für die Solarheizung nicht optimal oder die Platzverhältnisse knapp sind.

Da wir Wärme auch dann benötigen, wenn die Sonne gerade nicht scheint, ist neben den Kollektoren ein Wärmespeicher erforderlich. Dieser nimmt die Sonnenenergie am Tage auf, um sie dann zeitversetzt wieder abzugeben. Nur so ist es beispielsweise möglich, auch in der Nacht mit solar erhitztem Wasser zu duschen. Wichtig sind außerdem Rohrleitungen, Armaturen und Regelsysteme. Denn diese verbinden die Kollektoren mit dem Solar-Wärmespeicher und sorgen für einen sicheren, zuverlässigen und effizienten Betrieb der Solarthermie.

Sinkt die Temperatur im Speicher ab, etwa weil die solare Einstrahlung zu gering ist, sichert eine Zusatzheizung Ihren Komfort. Denn dann schaltet die Regelung der Solarthermie auf Gasheizung, Wärmepumpe oder Pelletkessel um. Die Anlagen gehen rasch in Betrieb und stellen die fehlende Wärmemenge zur Verfügung. Installieren Sie Solarthermie im Haus, merken sie von all dem nichts. Dafür sorgt der vollautomatisch arbeitende Solarregler.

Übrigens: Alternativ zur wasserführenden Solarheizung gibt es auch eine Luftheizung mit Solar. Diese funktioniert mit Warmluftkollektoren, die außen vor der Fassade sitzen. Sie leiten Luft durch mehrere Gänge in das Gebäude und erwärmen sie dabei mithilfe solarer Strahlungsenergie. 

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Die Voraussetzungen für eine Solarheizung 

Soll die Solarthermie viel Wärme gewinnen, müssen die Kollektoren optimal zur Sonne ausgerichtet sein. Über dem Dach dürfen keine Schatten liegen und die hydraulische Einbindung in das Heizungssystem ist optimal zu planen. Welche Voraussetzungen bei der Anschaffung einer Solarthermieanlage zu erfüllen sind, zeigt die folgende Tabelle:

SOLARTHERMIE VORAUSSETZUNGEN  BESCHREIBUNG
Die richtige Ausrichtung des Daches  Viel Licht ist eine der Hauptvoraussetzungen für die Solarthermie. Um diese zu erfüllen, sind die Kollektoren am besten genau nach Süden auszurichten. Aber auch auf Ost- und Westdächern lassen sich Kollektoren für eine Solarheizung unterbringen. Abhängig von den übrigen Bedingungen müssen Sie dann allerdings mit Einbußen von 10 bis 25 Prozent rechnen.
Die optimale Neigung der Kollektoren  Treffen die Strahlen senkrecht auf die Absorber der Kollektoren, nehmen sie die meiste Sonnenenergie auf. Da sich der Stand der Sonne ständig verändert, gewinnen Kollektoren mit einer Neigung von etwa 30 Grad am meisten Solarwärme. Während sich Abweichungen bei Süd-Ausrichtungen weniger auswirken, kann sich auf Ost- und Westdächern genau wie auf Flachdächern eine Aufständerung lohnen.
Keine Schatten auf der Dachfläche Werfen Berge, Bäume oder andere Häuser lange Zeit im Jahr große Schatten über Ihr Dach, mindert das die Erträge der Solarthermie. Um das zu erkennen, können Sie vor Ort eine Verschattungsanlyse durchführen lassen.

Weitere Voraussetzungen sind ausreichend Platz auf dem Dach sowie im Haus und eine optimale Einbindung der Solarthermie in die Heizungsanlage. Im Übrigen kann die Solarthermie auch an der Fassade angebracht werden, wenn die entsprechende Fläche vorhanden ist. Diese sogenannten Solarfassaden sollten ebenfalls unverschattet sein und eine optimale Ausrichtung zur Sonne haben. Um alle Eventualitäten zu berücksichtigen, empfehlen wir eine individuelle Beratung und Planung. Nur so stellen Sie sicher, dass die Solarthermieanlage hohe Erträge einfährt.

Solarthermie für Heizung oder Warmwasser: Was passt zu Ihnen?

Sind die Voraussetzungen günstig? Dann können Sie die Solarthermie nachrüsten oder für Ihren Neubau einplanen. Zuvor sollten Sie allerdings den Einsatzbereich festlegen. Von der solaren Warmwasserbereitung über die Heizungsunterstützung bis hin zum autarken Heizen mit Sonnenenergie stehen Ihnen dabei verschiedene Wege offen.

Solarthermie für das Warmwasser in Ihrem Haus

Die einfachste und günstigste Möglichkeit, eine Solarthermieanlage in Ihr Heizkonzept zu integrieren, bieten Solaranlagen zur Warmwasserbereitung. Hier können Sie mit einer Kollektorfläche von etwa einem Quadratmeter pro Person im Haushalt rechnen. Hinzu kommt ein Brauchwasserspeicher, der etwa 60 bis 80 Liter pro Person fasst. Eine solche Konfiguration deckt rund 60 Prozent Ihres jährlichen Wärmebedarfs für die Warmwasserbereitung. Abhängig vom Alter und der Bauweise Ihres Hauses sparen Sie dabei etwa fünf bis zehn Prozent Ihrer Heizkosten ein.

Die Grafik zeigt, dass Sonnenenergie bis zu 60 Prozent der für das Erwärmen des Trinkwassers nötigen Energie liefern kann. (© heizung.de)

Übrigens: Liefert die Solarthermie im Winter zu wenig Energie, müssen Sie nicht kalt duschen. Denn dann sorgt die konventionelle Heizung automatisch für warmes Trinkwasser. 

Heizungsunterstützung mit der Solarthermieanlage

Setzen Sie die Solarthermie zur Heizungsunterstützung ein, sparen Sie noch mehr. Denn dann speist die Anlage einen Pufferspeicher, der Wärme bei Bedarf auch an die Raumheizung abgibt. Die Kollektoren einer solchen Solarheizung haben eine Fläche von etwa 0,1 Quadratmeter pro Quadratmeter beheizte Wohnfläche. Der Speicher fasst dann rund 50 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche, wobei eine Mindestgröße von 1.000 Litern zu empfehlen ist. 

Im Durchschnitt kann eine solche Solarthermieanlage zur Heizungsunterstützung etwa 20 bis 30 Prozent des Heizwärmebedarfs abdecken. In diesem Bereich liegen auch die möglichen Einsparungen der Heizkosten.

Übrigens: Auch hier liefert eine konventionelle Heizung Wärme, wenn das Angebot der Solarthermie im Winter zu knapp ist. Damit das möglichst selten passiert, lohnt sich die Kombination mit einem Niedertemperatursystem (große Heizflächen oder Flächenheizung).

© heizung.de

Solarheizung und Warmwassersolaranlagen planen 

Damit die Solarthermie auch wirtschaftlich arbeitet, ist ihre Größe an das Haus und seine Nutzer anzupassen. Die sichere Planung von Sonnenkollektoren und Speichern funktioniert dabei mit Simulationsprogrammen. Diese berücksichtigen zahlreiche Parameter und vergleichen den solaren Ertrag mit dem Verbrauch im Haus. Grundsätzlich gilt: Sofern eine ausreichend große und gut ausgerichtete Dachfläche vorhanden und der Platz im Haus nicht zu knapp ist, kann die Heizung mit Solar sowohl im Neu- als auch im Altbau eingesetzt werden. Mit welchen Werten man überschlägig rechnen kann, zeigen wir in den folgenden Abschnitten.

Anhaltswerte für die Auslegung einer thermischen Solaranlage 

Geht es um die Planung einer Solarheizung oder einer Warmwasser-Solaranlage, richten Experten den Fokus zunächst auf Kollektoren und Solar-Wärmespeicher. Denn diese Bauteile bestimmen den Aufbau der Anlage. Wie groß sie zu dimensionieren sind, hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab: 

  • Nutzung der Solarthermie im Haus 
  • Anzahl an Personen im Haushalt
  • Größe des zu versorgenden Gebäudes
  • Bauart der Kollektoren (Vakuum/Röhren)

Darüber hinaus kommt es bei der Auslegung einer Solarheizung auch auf die Lage des Gebäudes und die Ausrichtung der Dachflächen an. Sind letztere nicht optimal, lassen sich Einbußen mit einer größeren Kollektorfläche ausgleichen. Ob das erforderlich ist, finden Experten im Rahmen einer individuellen Untersuchung heraus. Erste Richtwerte für die Solarthermie-Planung gibt die folgende Tabelle. 

HAUPT-KOMPONENTEN WARMWASSER-SOLARTHERMIE SOLARHEIZUNG
Kollektoren 1,5 m² Flachkollektoren oder 
1,0 m² Vakuumröhrenkollektoren
pro Person  
1,0 m² Flachkollektoren oder 
0,8 m² Vakuumröhrenkollektoren
pro 10 m² Wohnfläche im Haus

Warmwasser-/
Pufferspeicher
60 bis 100 Liter pro Person im Haushalt
(doppelter Tagesbedarf an Warmwasser)
50 Liter pro m² Kollektorfläche,
mindestens 1.000 Liter 

Unabhängig: Autarke Wärmeversorgung mit der Solarheizung

Sie möchten komplett auf das Heizen mit Solarthermie setzen? Mit einem sogenannten Sonnenhaus ist auch das möglich. Dort sind allerdings große Kollektorflächen und Pufferspeicher erforderlich. Letztere fassen im Einfamilienhaus bis zu 10.000 Liter Wasser, um Solarwärme aus dem Sommer bis in den Winter hinein bevorraten zu können. Der Behälter fasst damit so viel Wasser wie 70 vollgefüllte Badewannen und bildet nicht selten den architektonischen Kern eines Gebäudes. Durch die Größe der Anlagen und die bauphysikalischen Voraussetzungen an Ihr Gebäude (passive solare Gewinne nutzen, wenig Energie verlieren) lässt sich die sogenannte Energieautarkie meist jedoch nur im Neubau erreichen.

Solarthermie optimieren: Diese Tipps helfen nach der Installation 

Nach der Installation ist es besonders wichtig, die Funktion der Anlage regelmäßig zu überprüfen. Am besten funktioniert das mit einem Monitoring von Erträgen und Einsparungen. Sinken die Heizkosten nicht wie geplant, können Sie die Solarthermie optimieren und so verborgene Einsparpotenziale nutzen. Die folgenden drei Tipps zeigen, worauf dabei zu achten ist: 

  • Waschmaschine und Spüler mit Solaranlage betreiben: Indem Sie Waschmaschine (Vorschaltgerät ist nötig) und Spüler an das Warmwasser anschließen, können Sie Ihre Solaranlage einfach optimieren. Sie Waschen und Spülen fortan mit solar erwärmtem Wasser und senken dadurch den Stromverbrauch der Haushaltsgeräte.
  • Regelmäßige Wartung der Solaranlage beauftragen: Einmal im Jahr sollte ein Fachhandwerker die Anlage genau unter die Lupe nehmen. Im Rahmen der Wartung kontrolliert dieser alle Bauteile und stellt sicher, dass die Technik richtig funktioniert. Haben sich Probleme eingeschlichen, die zu geringeren Erträgen führen, werden diese gleich beseitigt. Die Anlage läuft dadurch optimal und Sie sparen viel.
  • Kollektoren der Solarheizung reinigen lassen: Legt sich Staub und Schmutz auf die Kollektoren der Solarthermie, gewinnen die Absorber im Inneren weniger Energie und der Ertrag sinkt. Um das zu vermeiden, hilft eine regelmäßige Solarreinigung. Abhängig von Grad der Verschmutzung können Sie diese alle ein bis zwei Jahre durchführen oder bei einem Fachbetrieb in Auftrag geben. 
  • Regelungstechnik der Solarthermie optimieren: Wann reicht die Wärme der Solaranlage und wann muss die konventionelle Heizung zur Unterstützung einspringen? Lassen Sie die Regelung der Solarthermieanlage an Ihre individuellen Bedürfnisse anpassen, steigen die Erträge und Sie sparen häufig mehr Geld als zuvor

Darüber hinaus ist es ratsam, die konventionelle Heizung in den Sommerbetrieb zu schicken. Wählen Sie diesen über die Steuerung oder schalten den alten Kessel einfach ab, um die Solarthermie zu optimieren. Auf diese Weise nutzen Sie das volle Potenzial der Solaranlage aus und verschenken keine Energie.

Wenn es draußen außergewöhnlich kalt ist, Sie viel Wärme benötigen und/oder die Sonne nicht scheint, können Sie die Einstellung schnell wieder anpassen oder die Heizung einfach einschalten. Auf diese Weise können Sie die Solarthermie optimieren, ohne auf Einsparungen verzichten zu müssen. Die wichtigsten Tipps dazu haben wir Ihnen außerdem in unserer "Checkliste Solarthermie" (PDF, 159 KB) zusammengestellt.

Übrigens: Wie bereits erwähnt, kann eine regelmäßige Reinigung der Kollektoren Ertragsminderungen vorbeugen. Im Winter lohnt es sich jedoch kaum, die Solaranlage vom Schnee zu befreien

Vakuumröhrenkollektoren einer thermischen Solaranlage sind besonders effizient. (© Viessmann)

Solarthermie: Kosten und Förderung im Überblick

Wie viel die Solarthermie kosten kann, hängt sehr stark von Ihren individuellen Wünschen und den Voraussetzungen vor Ort ab. 

Anlagen zur Warmwasserbereitung schlagen üblicherweise mit 3.500 bis 5.000 Euro zu Buche. Geht es um eine Solarheizung, liegen die Preise meist höher. Hier können Sie mit Kosten von 10.000 bis 12.000 Euro rechnen. 

Eine zuverlässige Antwort auf die Kostenfrage liefert allerdings nur das Angebot eines Handwerksbetriebes.

Bis zu 35 Prozent Förderung für eine Solarheizung vom Staat

Bevor Sie die Solarthermie kaufen, sollten Sie Fördermittel beantragen. Im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude vergibt der Staat Zuschüsse in Höhe von bis zu 30 beziehungsweise 35 Prozent (Maßnahmenumsetzung im Rahmen eines individuellen Sanierungsfahrplans). Diese bekommen Sie, wenn mindestens 50 Prozent der erzeugten Energie in die Warmwasserbereitung, Raumheizung oder in eine Kombination aus beidem fließt. Daneben gibt es noch weitere technische Mindestanforderungen. Welche das sind und wie Sie die Förderung für die Solarheizung richtig beantragen, erklären wir im Beitrag zur Förderung der Solartechnik.

Als kleine Entscheidungshilfe: Vor- und Nachteile der Solarthermie

Ist eine Solarheizung sinnvoll zur Heizungsunterstützung oder zur Warmwasserbereitung? Erst einmal stellt die Sonne keine Rechnung. Das heißt: Je mehr Energie aus der Solarthermie kommt, umso niedriger sind die Heizkosten. Da mit der Größe der Anlage aber auch die Anschaffungskosten steigen, kommt es für einen wirtschaftlichen Betrieb auf viele Faktoren an. Beispiele dafür sind:

  • die Einbindung in das Heizungssystem
  • die Ausrichtung der Dachflächen
  • die Verschattung des Daches

Ob eine Solarheizung sinnvoll ist oder nicht, kann also nur bei der individuellen Beratung durch einen erfahrenen Installateur beurteilt werden. Eine grundlegende Entscheidungshilfe geben jedoch schon die Vor- und Nachteile der Technik, die wir im Folgenden übersichtlich zusammenfassen. 

Die wichtigsten Vorteile der Solarthermie im Überblick

  • Bis zu 35 Prozent der jährlichen Heizkosten können dadurch eingespart werden.
  • Solarthermie im Winter auch effektiv zu betreiben.
  • Die Solarenergie ist unbegrenzt verfügbar.
  • Sie arbeitet CO2-emmissionsfrei.
  • Keine Lagerung und kein Transport von Brennstoffen nötig.
  • Der Kauf einer Solarthermieanlage wird staatlich gefördert.
  • Vor allem in Kombination mit Brennwertkesseln oder Wärmepumpen ist sie ganzjährig sehr effizient.
  • Die Anlagen können leicht installiert werden.
  • Außerdem zeichnet sich die Solarthermie durch Langlebigkeit und einen geringen Wartungsaufwand aus.
  • Die verwendeten Materialien sind größtenteils leicht zu recyceln. 

Nachteile der Solarthermie unter der Lupe

  • Die Wärmeproduktion ist wetterabhängig.
  • Ein ausreichend großer Warmwasserspeicher benötigt Platz.
  • Die Anschaffungskosten sind erstmal vergleichsweise hoch.
  • Rentabel ist die Solarthermie vor allem bei hohem Wirkungsgrad.
  • Standort und das Gebäude selbst bestimmen die Effizienz der Anlage.

Fazit von Alexander Rosenkranz

Mit der Solarthermie sorgen Sie kostengünstig und klimafreundlich für warmes Trinkwasser und warme Räume. Lohnen kann sich das, wenn Ihr Haus die Grundvoraussetzungen der Technik erfüllt. Neben der Ausrichtung, der Neigung und der Verschattung des Daches kommt es dabei vor allem auf den ausreichenden Platz an. Grundvoraussetzung ist deshalb eine sorgfältige Planung mit einem Experten vor Ort.

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