Solarthermie

Die Sonne als lukrativer Dienstleister

Das Potenzial von solaren Systemen wird häufig unterschätzt. So können sie etwa in Verbindung mit modernen Wärmeerzeugern mit besonderer Effizienz punkten. Ihr volles Potenzial entfalten sie vor allem im Zusammenspiel mit erneuerbaren Energien. Doch nicht nur die energetische Effizienz steht auf der Pro-Seite. Auch die staatlichen Förderungen sind wieder attraktiv geworden.

Die Zahlen sprechen eine deutliche Sprache: Etwa 46 % der Wohnungen in Deutschland werden mit Gas beheizt, rund ein Viertel mit Öl. Das durchschnittliche Heizungsalter liegt hierzulande laut Erhebungen bei 17 Jahren. Allein 24 % aller Heizungsanlagen sind 25 Jahre und älter. Damit ist eine Modernisierung längst überfällig.

Spätestens Ende 2020 stehen zahlreiche Anlagen vor dem Aus. Die EnEV 2014 schreibt in §10 dann eine Austauschpflicht für viele 30 Jahre alte Öl- oder Gasheizungen vor. Die Austauschpflicht gilt unter bestimmten Voraussetzungen für Heizungen mit einem Konstanttemperatur-Kessel und einer Nennleistung von 4 bis 400 kW. Davon ausgeschlossen sind Brennwert- oder Niedertemperaturkessel. Insgesamt sind von einem Austausch in nächster Zeit rund zwei Millionen Konstanttemperatur-Kessel betroffen.

Modernisierungslösung mit erneuerbaren Energien

Die Wahl des richtigen Modernisierungssystems ist nicht mit einem Satz zu beantworten. Hier zerren viele Faktoren an der Entscheidungsfindung. Allen voran entscheidet die Lage des Objekts, ob fossile Energieträger weiterhin als Möglichkeit genutzt werden können, oder ob sich Alternativen, in Form von Wärmepumpen anbieten. Wenn fossile Energieträger zum Einsatz kommen, erfolgt die Verbrennung in modernen optimierten Brennwertkesseln, die die höchste Effizienz aufweisen, die in der konventionellen Feuerungstechnik derzeit erreichbar sind. Bestmögliche Modulationsbereiche, sowie eine ausgeklügelte Regelungstechnik mit stromsparenden Komponenten sollten als Standard verwendet werden.

Im Neubau und in Sanierungsmaßnahmen wird sicherlich der Marktanteil von Wärmepumpen zukünftig weiter steigen. Von Januar bis März 2020 lag der Zuwachs laut BDH allein bei +17 %. Besonders in der Sanierung ist ein massiver Installationsanstieg der Technologie zu erwarten. Auf eine kompetente Auslegung der Quelle ist allerdings zu achten, damit über die gesamte Nutzungsdauer ausreichende Potentiale der Umweltenergie nutzbar sind. Nicht zuletzt entscheidet darüber auch die Qualität des Wärmeerzeugers.

Unabhängig von der individuellen Wahl der Wärmequelle sollte grundsätzlich eine hybride Lösung überdacht werden. Was im Großanlagenbereich schon nahezu Alltag ist, setzt auch im kleinen und mittleren Anlagenbereich den Marsch nach vorn. Kombinationen von Gas-Brennwertkessel mit Solar, mit Wärmepumpe oder Kraft-Wärme-Kopplung – die Varianten sind breit gefächert. Besonders die Kombination mit einer thermischen Solaranlage sollte genauer unter die Lupe genommen werden. Derzeit stehen die Weichen günstig: Der Markt bietet günstige, vielfältige Lösungen und die aktuellen Förderungen runden das Sortiment ab.

Thermische Solaranlagen als optimale Ergänzung

Gerade im Hinblick auf eine CO2-Reduzierung ist die Solarthermie eine hervorragende Ergänzung einer modernen Heizungsanlage. Sie nutzt nicht nur die kostenfreie Strahlungsenergie der Sonne, sondern ersetzt häufig den konventionellen Wärmeerzeuger im Sommer, wenn dessen Effizienz zur reinen Trinkwassererwärmung nicht so hoch wie üblich ist. Häufig wird der Nutzen unterschätzt. Man liest die gewonnenen Kilowattstunden am Wärmemengenzähler der Solaranlage ab und setzt diesen Betrag mit der eingesparten Energie gleich. Dies ist jedoch ein Fehler, da man die Energie betrachten muss, die der Kessel aufwenden müsste, um die gleiche Energie dem Speicher zur Verfügung zu stellen. Wenn man dies so folgerichtig tut, wird man feststellen, dass die Effizienz weit höher und damit die Amortisationszeiten entsprechend kürzer sind.

Förderungen krönen die Technik

Bis Ende 2019 fanden insgesamt rund 2,4 Mio. thermische Solaranlagen den Weg auf Deutschlands Dächer. Allein 71.000 davon wurden im selben Jahr installiert. Auch zukünftig ist zu erwarten, dass der Trend weiter ansteigt. Dazu beitragen werden die attraktiven Förderbedingungen, die seit Anfang des Jahres gelten. 

Voraussetzung für die Förderfähigkeit ist allerdings, dass die Anlagen die entsprechenden technischen Mindestanforderungen erfüllen. Eine entsprechende Liste, beispielsweise über die förderfähigen Kollektoren und Solaranlagen der Hersteller, findet sich auf www.bafa.de. Zudem muss ein jährlicher Kollektorertrag von mindestens 525 kWh/m² rechnerisch nachgewiesen werden. Es gelten überdies Mindestvoraussetzungen für die Kollektorfläche, den Pufferspeicher und, im Bereich des Neubaus, Voraussetzungen in punkto Nutzfläche bzw. Wohneinheiten, die erfüllt sein müssen. Aktuelle Infos überregionaler und regionaler Förderungen gibt es auch unter: https://www.foerderdatenbank.de.

Konkrete Kombinationsmöglichkeiten

Besonderes Augenmerk bei der Verwendung von Hybridsystemen muss auf die Wärmeverteilung, Wärmespeicherung und Übergabe gerichtet werden. Ein hydraulischer Abgleich der Systeme ist genauso zwingend erforderlich wie der Einsatz hocheffizienter Pumpen. Eine optimale Abstimmung der Komponenten muss ebenfalls gegeben sein. Auch der Regelungstechnik kommt eine steigende Bedeutung zu. Wärmebedarfe müssen dynamisch erfasst werden und es darf nur dann Wärme bereitgestellt werden, wenn auch ein Bedarf vorhanden ist. Den regenerativen Quellen ist Vorrang zu geben, das bedeutet zum Beispiel, dass ein Speicher nicht mittels Kessel geladen wird, wenn Solarwärme zur Verfügung steht. So steigen die Anforderungen an die Steuerung und Regelung als Konsequenz moderner energetisch optimierter Heizungssysteme.

Unterschiedliche Kollektorbauformen benötigen für einen störungsfreien und effektiven Betrieb bei gleicher Kollektorfeldgröße sehr unterschiedliche Volumenströme. Die hydraulische Verschaltung des Kollektorfeldes kann neben der Kollektorbauform ebenfalls einen Einfluss auf den optimalen Durchfluss des Solarkreises haben. Die entsprechenden Werte sind mit dem Hersteller der Kollektoren abzustimmen, oder aus den technischen Unterlagen der Kollektoren zu entnehmen.

Die Solarsysteme werden in sogenannte High-Flow und Low-Flow-Systeme eingeteilt. High-Flow-Systeme werden mit einem größeren Volumenstrom und einer kleineren Temperaturspreizung zwischen Kollektoreintritt und -austritt betrieben. Der Druckverlust dieser Systeme ist in der Regel kleiner als bei Low-Flow-Varianten. Sie arbeiten dementsprechend mit geringerem Volumenstrom und einer größeren Temperaturspreizung. Ein Spezialist für diesen Bereich ist die PAW GmbH & Co. KG aus Hameln. Seit über 50 Jahren stellt der Hersteller Heizkreise, Frischwasserstationen, solare Übertragungsstationen, Solarstationen und Armaturen für moderne Ansprüche her. Alle Bauteile werden aus hochqualitativem Messing hergestellt.

Die Solex-Übertragungsstationen beispielsweise können sowohl in High-Flow-Solarthermieanlagen als auch in Low-Flow-Systemen eingesetzt werden. PAW setzt bei seinen Übertragungsstationen auf zwei Ausstattungsvarianten: Solex HZ und Solex TW. Die Module der Reihe Solex HZ eignen sich für den Einsatz in Heizungssystemen, wohingegen die Module Solex TW in Trinkwassersystemen eingesetzt werden. Die Lösungen in den Dimensionen DN 15 bis DN 50 erlauben einen breiten Einsatzbereich für Kollektorflächen von bis zu 400 m².

Für kleinere Anlagen, die den Wärmeübertrager bereits im Pufferspeicher installiert haben, bietet der Hersteller die SolarBloC-Serie in den Dimensionen DN 20, DN 25 und DN 32 an. Damit können Kollektorflächen von bis zu 175 m² betrieben werden. Die Ausstattungsvarianten erstrecken sich von Basic bis hin zu Premium. Basic ist ein kostengünstiges Einstiegsmodell mit funktionaler Ausstattung. Im Gegensatz dazu bietet die Premiumvariante eine Vollausstattung mit zusätzlichen Temperatur- und Volumenstromsensoren. Unterschiedliche Systemanforderungen wie Wärmemengenerfassung und die Betriebsarten High-Flow bzw. Low-Flow können mit dem passenden SolarBloC-Modul, auch durch eine optional integrierte Regelung, effektiv umgesetzt werden. Die optionale Regelung kann so die Pumpendrehzahl in einem sehr großen Einsatzbereich optimal an die erforderlichen Volumenströme anpassen. Sie wird voreingestellt, montiert und verdrahtet ausgeliefert, sodass eine einfache Anpassung an das reale System gewährleistet ist. In der Station sind Sicherheits-, Absperr- und Spülarmaturen bereits vorhanden.

Fazit

Erneuerbare Energien sind weiter auf dem Vormarsch. Das kommt nicht nur der Umwelt zugute, sondern schont auch den Geldbeutel des Betreibers. Sie müssen keineswegs allein eingesetzt werden. Auch der Betrieb innerhalb eines Hybridsystems ist möglich und bietet effiziente Lösungsansätze. Gerade die thermische Solaranlage ist mit den aktuellen Förderbedingungen eine günstige und lohnende Erweiterung des Heizsystems. Es rechnet sich daher doppelt, einen prüfenden Blick auf das Objekt zu legen.

Unabhängig von der individuellen Wahl der Wärmequelle sollte grundsätzlich eine hybride Lösung überdacht werden.

Gerade die thermische Solaranlage ist mit den aktuellen Förderbedingungen und mit Qualitätskomponenten eine günstige und lohnende Erweiterung des Heizsystems.

Besonderes Augenmerk bei der Verwendung von Hybridsystemen muss auf die Wärmeverteilung, Wärmespeicherung und Übergabe gerichtet werden.

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