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Arten und Größen von Solarthermie-Speichern

Warum werden spezielle Solarspeicher bei Solarthermie-Anlagen notwendig?

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Anforderungen an Solarthermie-Speicher

Da das Solarthermie-Angebot und der Warmwasser- und Heizwärmeverbrauch oftmals nicht zeitgleich auftreten, muss die gewonnene Solarthermie zwischengespeichert werden. Hierzu verwendet man in der Regel spezielle Brauchwasserspeicher und Pufferspeicher oder Solarthermie-Speicher, die beide Speicherarten kombinieren (Kombispeicher). Um soviel Sonnenenergie wie möglich von der Erzeugung bis zum Verbrauch zu speichern und um die Solarthermie-Anlage maximal auszulasten, fallen Solarspeicher wesentlich größer aus als herkömmliche Speicher. Da dieser Speicher jedoch auch im Winter genutzt wird, wenn der Solarthermie-Beitrag geringer ausfällt, muss der Speicher aber auch den energetischen Anforderungen des dann genutzten Haupterzeugers entsprechen. Deshalb und vielfach auch aus Platzgründen fassen Solarspeicher für Einfamilienhäuser in der Regel 800 bis 1000 Liter Wasser.

Der Funktionsaufbau einer „sonnigen Heizung“: Zwi-schen Kollektoren (A) und Solarspeicher (C) zirkuliert in einem abgeschlossenen Kreislauf die Solarflüssig-keit (B; meist ein Wasser-Glykol-Gemisch). Über ei-nen Wärmetauscher gibt diese Flüssigkeit ohne direkten Kontakt ihre Wärmeenergie an das Wasser im Speicher ab. Dieses kann dann als Trink- und Brauchwasser verwendet werden oder die Zentralhei-zung entlasten. Diese (D) ist ebenfalls über einen Wärmetauscher mit dem Speicher verbunden und schaltet sich an grauen Tagen dazu, wenn die Son-nenwärme den Bedarf nicht mehr ausreichend deckt. (Grafik: Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e.V. (BDH), Köln)
Der Funktionsaufbau einer „sonnigen Heizung“: Zwischen Kollektoren (A) und Solarspeicher (C) zirkuliert in einem abgeschlossenen Kreislauf die Solarflüssigkeit (B; meist ein Wasser-Glykol-Gemisch). Über einen Wärmetauscher gibt diese Flüssigkeit ohne direkten Kontakt ihre Wärmeenergie an das Wasser im Speicher ab. Dieses kann dann als Trink- und Brauchwasser verwendet werden oder die Zentralheizung entlasten. Diese (D) ist ebenfalls über einen Wärmetauscher mit dem Speicher verbunden und schaltet sich an grauen Tagen dazu, wenn die Sonnenwärme den Bedarf nicht mehr ausreichend deckt. (Grafik: Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e.V. (BDH), Köln)

Eigenschaften eines Solarthermie-Speichers

Ein wichtiges Kriterium eines Solarspeichers ist dessen Fähigkeit zur Temperaturschichtung. Da Wasser nicht nur eine hohe Wärmekapazität besitzt, sondern sich auch mit abnehmender Temperatur dessen Dichte verändert und sich somit heißes und kaltes Wasser nicht vermischen, ist Wasser ein ideales Speichermedium. Im oberen (Bereitschafts-)Teil des Solarthermie-Speichers sammelt sich daher erwärmtes Wasser. Im unteren Solarspeicherteil sammelt sich dagegen kaltes Wasser. Um einen Solarspeicher optimal nutzen zu können, sollten diese Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen über längere Zeit und auch beim Wasserzapfen erhalten bleiben. Dies wird in Standspeichern durch deren hohe und schlanke Bauform unterstützt. Bei größeren Schichtenspeichern dienen eingebaute Aufströmrohre zur gezielten Einschichtung der Konvektionsströme in den Zonen mit gleicher Temperatur. Den Kaltwassereinlauf lenken in der Regel Prallbleche im Speicherboden in horizontale Richtung ab und vermeiden so Verwirbelungen.

Im Solarthermie-Speicher wird die Wärme mittels ei-nes Tauschers auf das Speicher-Wasser übertragen, um entweder die Erwärmung des Trink- und/ oder des Heizungswassers zu unterstützen. (Grafik: Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e.V. (BDH))
Im Solarthermie-Speicher wird die Wärme mittels ei-nes Tauschers auf das Speicher-Wasser übertragen, um entweder die Erwärmung des Trink- und/ oder des Heizungswassers zu unterstützen. (Grafik: Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e.V. (BDH))

Wärmeübergabe an den Solarthermie-Speicher

Zur Wärmeübergabe der Solarthermie an das Wasser im Speicher werden innen- oder außenliegende Wärmetauscher verwendet. Zur Wärmeabgabe im Solarspeicher werden Spiralen aus Kupfer-Rippenrohren mit Aluminiumlamellen oder aus glattwandigen emaillierten Stahlrohren eingesetzt. Dabei weisen Rippenrohre im Gegensatz zu Stahlrohren zwar eine größere Wärmetauscherfläche auf, neigen jedoch auch leichter zum Verkalken. Zur Wärmeübergabe außerhalb des Solarthermie-Speichers kommen Plattenwärmetauschern zum Einsatz. Dabei strömt die heiße Solarflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung zum kalten Speicherwasser an einer wärmeübertragenden Wandung vorbei. Im Gegensatz zu Rohrwärmetauschern ist eine höhere Übertragungsleistung möglich. Allerdings macht dies auch eine weitere Umwälzpumpe auf der Speicherseite mit dementsprechendem Energie- und Regelaufwand nötig. In Verbindung mit Thermosiphonkollektoren kommen auch sog. Mantelwärmeaustauscher zum Einsatz. Diese weisen eine doppelte Speicherwandung auf, zwischen der das Wärmeträgermedium hindurch fließt.

Schematische Darstellung der Wärmeverteilung innerhalb eines Kombispeichers bei getrennter Erwärmung bzw. Speicherung von Trink- und Heizungswasser. (Grafik: Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e.V. (BDH), Köln)
Schematische Darstellung der Wärmeverteilung innerhalb eines Kombispeichers bei getrennter Erwärmung bzw. Speicherung von Trink- und Heizungswasser. (Grafik: Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e.V. (BDH), Köln)

Berechnung der Größe des Solarthermie-Wärmespeichers

Größenberechnung des Solarthermie-Speichers zur Unterstützung der Trinkwassererhizung

Bei der Frage nach der richtigen Größe eines Wärmespeichers für meine Solaranlage geht es primär darum, nicht über die Grenzfälle „zu klein“ und „zu groß“ zu geraten. Denn ist der Speicher zu groß, werden keine nutzbaren Temperaturen im Speicher erzielt – zumindest nicht wie vorgesehen innerhalb eines Tages. Damit wird die Anlage zu teuer. Ist der Speicher zu klein, wird das Energieangebot der Sonne nicht optimal genutzt, wodurch man nicht im gewünschten Ausmaß die Hauptheizung im Haus entlasten kann.

Das Volumen eines Trinkwasserspeichers ist grundsätzlich abhängig von drei Faktoren:

  • Warmwasserbedarf = 1,5-bis 2-fache Tagesbedarf pro Person (Die VDI-Richtlinie geht von einem täglichen Pro-Kopf-Verbrauch von 30 Litern Warmwasser aus)
  • Kollektorfläche = 50 Liter im Solarspeicher entsprechen 1 m2 Kollektorfläche
  • Individuelles Nutzerverhalten (deshalb sind alle Werte immer „Pauschal“)
Tabelle: Übliche Größen des Trinkwarmwasserspeichers nach der Anzahl der Personen im Haushalt
Haushaltsgröße Geschätztes Speichervolumen in Litern
2 Personen 200 Liter
3 bis 5 Personen 300 bis 500 Liter
6 bis 8 Personen 600 bis 800 Liter
9 bis 10 Personen 900 bis 1.000 Liter

Größenberechnung des Solarthermie-Speichers zur Heizungsunterstützung

Generell lässt sich sagen, dass für die solarthermische Heizungsunterstützung sowohl Solarkollektoren als auch Wärmespeicher größer zu dimensionieren sind, damit auch in der sonnenärmeren Übergangszeit (Frühjahr /Herbst) die Heizung mit der Sonne betrieben werden kann.

Als Bezugsgröße für die optimale Größe eines Wärmespeichers eignet sich bestens die Fläche der installierten Solarkollektoren auf dem Dach:

  • Bei Vakuumröhren- und Vakuumflachkollektoren: mindestens 7,0 Quadratmeter und mindestens 50 Liter je Quadratmeter Bruttokollektorfläche = 350 Liter Mindestgröße Wärmespeicher
  • Bei Flachkollektoren: mindestens 9,0 Quadratmeter und mindestens 40 Liter je Quadratmeter Bruttokollektorfläche = 360 Liter Mindestgröße Wärmespeicher

Die Größe des Wärmespeichers lässt sich auch in der Abhängigkeit von der zu beheizenden Wohnfläche berechnen. Für Altbauten in Kombination mit Flachkollektoren rechnet man beispielsweise mit 50 Litern Speichervolumen für 10 m2 Wohnfläche. Damit lässt sich ein Richtwert ermitteln, in dem der Speicher liegen sollte.

Experten-Tipp: Der Solarthermie-Speicher bestimmt ganz entscheidend den Leistungsumfang und Effizienz einer Solaranlage. Benötigt man den Speicher beispielsweise nur für das Warmwasser im Haus, reicht ein kleiner Trinkwasserspeicher. Ist auch eine solarthermische Unterstützung der Heizung angedacht, benötigt man einen Pufferspeicher oder einen Kombispeicher als Puffer- und Trinkwasserspeicher. Die richtige Dimensionierung des Wärmespeichers – abhängig von der Personenanzahl im Haushalt sowie der installierten Kollektorfläche – hat letztendlich großen Einfluss auf die Effizienz der Solarthermischen Anlage.

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Weitere Informationen zu Solarthermie-Speichern

"Arten und Größen von Solarthermie-Speichern" wurde am 03.03.2017 das letzte Mal aktualisiert.