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Solarthermieanlage: Vom Konzept zum Anlagenbetrieb

Wie funktioniert eine Solarthermieanlage? Welche Bauteile und Komponenten sind vonnöten? Auf was muss bei der Planung alles geachtet werden? Rentiert sich eine Solarthermieanlage?

Wenn Sie eine Solarthermie-Anlage planen, müssen unterschiedliche Parameter beachtet werden. Hier finden Sie einen Überblick über die wichtigsten Kriterien zum Bau und Betrieb einer Solarthermieanlage.

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Anlagenkonzepte von Solarthermie-Anlagen

Eine Solarthermie-Anlage wird häufig im Neubau als Aufdachanlage zur unterstützenden Warmwasser-Bereitung genutzt. (Foto: energie-experten.org)
Eine Solarthermie-Anlage wird häufig im Neubau als Aufdachanlage zur unterstützenden Warmwasser-Bereitung genutzt. (Foto: energie-experten.org)

Solarthermie-Anlagen werden typischerweise auf dem Dach oder an der Fassade eines Hauses installiert. Hier nimmt die Anlage die Sonnenwärme über Kollektoren auf, gibt diese an die Solarflüssigkeit ab, die die Wärme wiederum zum Solarthermie-Speicher z. B. im Keller des Hauses weiterleitet. Dieses Anlagenkonzept ist bei allen Solarthermie-Anlagen ähnlich. Je nach gewünschtem Anwendungsgebiet werden Solarthermie-Anlagen jedoch unterschiedlich betrieben. Hierbei unterscheidet man zwischen Einkreisanlagen und Zweikreisanlagen, Einspeicheranlagen und Zweispeicheranlagen und zwischen sogenannten High-Flow-Anlagen und Low-Flow-Anlagen.

Hauptkomponenten einer Solarthermieanlage

Komponente 1: Solarthermie-Kollektoren

Solarwärmeanlage mit Röhrenkollektoren (Foto: energie-experten.org)
Solarwärmeanlage mit Röhrenkollektoren (Foto: energie-experten.org)

Um Solarenergie in Form von Solarthermie nutzbar zu machen, bedarf es zuallererst natürlich eines sogenannten Solarthermie-Kollektors. Dieser nimmt die Solarwärme auf, "sammelt" diese und gibt sie an ein Trägermedium (Solarflüssigkeit) weiter. Die gängigsten Solarthermiekollektoren in Deutschland sind Flachkollektoren und Röhrenkollektoren. In südlichen Ländern mit hoher Solareinstrahlung kommen vielfach auch Thermosiphonkollektoren zum Einsatz. Daneben gibt es noch relativ einfach konzipierte Schwimmbadabsorber oder Luftkollektoren.

Komponente 2: Solarthemie-Speicher

Wärmespeicher für Solarthermie-Anlagen (Foto: energie-experten.org)
Wärmespeicher für Solarthermie-Anlagen (Foto: energie-experten.org)

Hat sich die Solarflüssigkeit erwärmt, so wird diese an einen Wärmetauscher herangeführt, über den dann die Solarthermie an das Wasser in einem Solarthermie-Speicher abgegeben wird:

Neben der Solarthermie-Regelung bilden diese Wärmespeicher das "Herzstück" einer jeden Solarthermie-Anlage, da die thermohydraulische Koordination der unterschiedlichen Wärmeerzeuger in erheblichem Maße die Effizienz der Anlage bestimmt. Daher nimmt auch die Auswahl und Einbindung des Wärmespeichers einen besonderen Schwerpunkt innerhalb der Planung von Solarthermieanlagen ein.

Komponente 3: Solarthermie-Regelung

Solarstation und Solarregler (Foto: energie-experten.org)
Solarstation und Solarregler (Foto: energie-experten.org)

Neben dem Solarthermie-Kollektor und dem Solarthermie-Speicher kommt der Solarregelung eine besondere Bedeutung. Diese auch als Solarstation bezeichnete Solarthermie-Komponente regelt die energieoptimale Einspeisung der Solarthermie zur Brauchwasser- und Heizungsunterstützung. Der Solarregler erkennt über Temperatursensoren wann Bedarf herrscht und steuert hierüber die Solarpumpe des Solarthermie-Kreislaufs. Daneben sorgen Sicherheitskomponenten dafür, dass kritische Temperaturzustände vermieden werden

Komponente 4: Solarthermie-Kreislauf

Im Solarthermie-Kreislauf wird die Solarflüssigkeit vom Solarkollektor zum Speicher transportiert und wieder zum Kollektor zurückgeführt. Neben der Solarregelung gibt es verschiedene weitere Komponenten, die sicherstellen, dass der Solarkreislauf aufrechterhalten wird und es zu keinem Störfall kommt. Diesbezüglich müssen vor Allem unterschiedliche Temperaturen, Druckverhältnisse und Volumenänderungen technisch organisiert werden.

Anwendungsgebiete von Solarthermie-Anlagen

Solarthermie-Anlagen werden hauptsächlich zur Wärmeerzeugung in Ein- und Mehrfamilienhäusern eingesetzt. Die häufigste Anwendung ist der Einsatz einer Solarthermie-Anlage zur Brauchwassererwärmung zum Duschen, Baden oder den Abwasch. Solarthermie-Anlagen zur Heizungsunterstützung besitzen den gleichen Anlagenaufbau, sind jedoch wesentlich größer, um auch in den Übergangsmonaten und im Winter einen hohen Wärmebeitrag der Solarthermie-Anlage zum Heizungssystem zu gewährleisten. Weitere Anwendungsgebiete von Solarthermie-Anlagen sind der Einsatz zum Kühlen und Klimatisieren und zur unterstützenden Erzeugung von Nahwärme und Fernwärme.

Kombinationen mit anderen Heizungssystemen

Da Solarthermie-Anlagen immer nur einen Teil der Wärmeversorgung sicherstellen können, kommt ein zweiter Wärmeerzeuger zum Einsatz. Dies sind in der Regel Öl- oder Gasheizkessel, die insbesondere im Winter die Beheizung des Hauses sicherstellen. Interessant ist aber auch die Kombination von Solarthermie-Anlagen mit Holzheizungen wie z. B. einem Holzpelletkessel oder mit einer Wärmepumpe. Die Solarthermie-Anlage in Kombination mit regenerativen Heizungssystemen zeichnet sich durch eine hohe Klimafreundlichkeit und durch die Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern aus. Jede Kombination weist jedoch unterschiedliche Vor- und Nachteile auf, die bei der Planung einer Solarthermie-Anlage berücksichtigt werden müssen.

Schematische Darstellung einer Solarthermieanlage mit einer Luftwärmepumpe (Grafik: Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e.V. (BDH), Köln)
Schematische Darstellung einer Solarthermieanlage mit einer Luftwärmepumpe (Grafik: Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e.V. (BDH), Köln)

Planung und Auslegung von Solarthermie-Anlagen

Die Planung und Auslegung von Solarthermie-Anlagen für Ein- und Zweifamilienhäuser erfolgt üblicherweise so, dass im Sommer der Warmwasserbedarf durch Sonnenenergie vollständig gedeckt wird. Im Frühling, Herbst und Winter heizt die Solarthermie-Anlage dann nur vor und die Zusatzheizung sorgt dann mit entsprechend weniger Energieaufwand für genügend warmes Brauch- und Heizungswasser. Die wichtigsten Planungs- und Auslegungsgrößen von Solarthermie-Anlagen sind dabei die Solltemperatur und der Warmwasserverbrauch bzw. der zugrunde liegende Heizwärmebedarf des Hauses. Weitere Einflussgrößen sind die tatsächliche Zapfrate, die die Temperatur im Solarthermie-Speicher und damit den Arbeitspunkt der Solarthermie-Kollektoren bestimmt und die Solltemperatur, die wiederum den Umfang der Speicherverluste definiert.

Montage und Installation von Solarthermie-Anlagen

Indachmontage einer Solarwärmeanlage mit fünf Flachkollektoren auf einem Schrägdach (Foto: Bayerisches Dachdeckerhandwerk Landesinnungsverband)
Indachmontage einer Solarwärmeanlage mit fünf Flachkollektoren auf einem Schrägdach (Foto: Bayerisches Dachdeckerhandwerk Landesinnungsverband)

Die Anforderungen an die Montage von Solarthermie-Anlagen richten sich nach der Art des Daches, der baulichen Möglichkeiten zur Verlegung des Leitungssystems und nach den Platzverhältnissen im Heizungsraum. Bei der Montage von Solarthermie-Anlagen auf Schrägdächern werden die Solarthermie-Kollektoren typischerweise als Aufdachmontage oder Indachmontage installiert. Bei Flachdächern werden die Kollektoren hingegen aufgeständert. Bei der Verschaltung der Kollektoren kommt dann in der Regel das Tichelmann-System zum Einsatz. Kleine Anlagen werden dann in Reihenschaltung, größere Anlagen in Parallelschaltung hydraulisch verbunden. Abschließend folgt dann die Installation der Anschlussleitungen und die Inbetriebnahme der Kollektoren.

Betrieb und Wartung von Solarthermie-Anlagen

Nach Inbetriebnahme der Solarthermie-Anlage sollte kontinuierlich der einwandfreie Betrieb der Solarthermie-Anlage kontrolliert werden. Hierzu genügt es, in regelmäßigen Abständen die Messinstrumente zu überprüfen. Dabei sollte insbesondere auf den Anlagendruck geachtet werden. Während kleinere Schwankungen auf betriebsbedingte Temperaturunterschiede zurückzuführen sind, deutet ein kontinuierliches Absinken des Anlagendrucks im Solarthermie-Kreislauf auf Undichtigkeiten im Kollektor oder im Leitungssystem hin. Neben dieser gelegentlichen Kontrolle fallen nur wenig Wartungsarbeiten wie das Nachfüllen der Solarflüssigkeit oder der Austausch der Opferanode an. Da Solarthermie-Anlagen durch Verschmutzungen nur wenig an Leistung verlieren, ist eine regelmäßige Reinigung nicht zwingend erforderlich.

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"Solarthermieanlage: Planung, Montage und Betrieb" wurde am 14.03.2016 das letzte Mal aktualisiert.