Solarthermie-Ratgeber

Die Sonnenenergie wird immer wichtiger bei der Suche nach nachhaltigen Energiequellen. Die Solarthermie ist eine bewährte Technologie, die es Ihnen ermöglicht, die Sonne effektiv zur Wärmeerzeugung zu nutzen und Ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. Trotz anfänglicher Investitionen lohnt sich Solarthermie langfristig, da es attraktive staatliche Förderungen gibt und Sie dauerhaft Heizkosten sparen können. In unserem Ratgeber erfahren Sie alles über Solarthermie: von den Grundlagen, über die verschiedenen Kollektorarten bis hin zu Tipps zur Planung und Installation.

Das Wichtigste in Kürze

Umweltfreundlich: Sie investieren in eine nachhaltige Energiequelle.
Nutzungsmöglichkeiten: Sie erzeugen mit der Sonne Wärme für Brauchwasser und Heizung.
Kosteneinsparungen: Sie senken langfristig Ihre Energiekosten.
Förderungen nutzen: Sie profitieren von staatlichen Förderungen und Anreizen.
Stabile Energiepreise: Sie schützen sich vor den Schwankungen konventioneller Energiepreise.
Wartungsarm und zuverlässig: Sie nutzen eine zuverlässige Energiequelle.
Anpassungsfähig und flexibel: Sie passen die Solarthermieanlage genau an Ihr Eigenheim an.
Wertsteigerung der Immobilie: Sie steigern den Wert Ihres Hauses.
Persönlicher Beitrag zum Klimaschutz: Sie reduzieren aktiv Ihre CO2-Emissionen.

Grundlagen Solarthermie

Wie funktioniert Solarthermie? – Einfach erklärt
Was macht der Kollektor?
Was ist ein Absorber?
Was ist eine Wärmeträgerflüssigkeit oder Solarflüssigkeit?
Wie kann man Wärme am besten speichern?

Welche Kollektorarten gibt es?
Wie funktioniert ein Flachkollektor?
Wie funktioniert ein Röhrenkollektor?
Welche Kollektoren sind besser?

Wie sind Effizienz und Ertrag?
Welche Faktoren beeinflussen die Effizienz?
Wie hoch ist der Wirkungsgrad von Solarthermie?
Wie viel Energie spart Solarthermie – Deckungsgrad und Nutzungsgrad?

Wie funktioniert Solarthermie? – Einfach erklärt

Solarthermie ist eine nachhaltige und kostengünstige Möglichkeit, um die Wärmeenergie der Sonne zu nutzen und damit Heizkosten zu senken.

So funktioniert Solarthermie

A) Sonnenkollektoren, die oft auf dem Dach installiert sind, nehmen Sonnenstrahlen auf und wandeln sie in Wärme um.

B) In den Kollektoren wird eine Wärmeträgerflüssigkeit erhitzt, die durch ein Rohrsystem zu einem Wärmetauscher in einem Speicher geleitet wird.

C) Das Wasser im Speicher erwärmt sich und kann dann für Heizzwecke oder zur Erzeugung von Warmwasser verwendet werden. Eine Solarsteuerung sorgt dafür, dass die Temperatur des Wärmeträgers kontrolliert und die Wärmeenergie effizient genutzt wird.

Was macht der Kollektor?

Ein Kollektor fängt die Sonnenstrahlen ein und wandelt sie in Wärmeenergie um. Dazu besteht er aus einem Absorber, der die Strahlen aufnimmt, und einem Wärmeträger – meist die Solarflüssigkeit, die sich erhitzt. Die gewonnene Wärmeenergie wird dann genutzt, um Brauchwasser zu erwärmen oder die Heizung zu unterstützen.
Durch die Isolierung des Kollektors wird die Wärme innerhalb des Systems gehalten, um einen maximalen Wirkungsgrad zu erzielen und Verluste zu minimieren.
Der Kollektor wird durch einen Rahmen, oft aus Edelstahl oder Aluminium, stabilisiert und ist mit einer transparenten Abdeckung versehen, die oft aus speziellem Solarglas besteht. Solarglas ist transparenter als Fensterglas und widersteht auch mechanischen Beanspruchungen wie Hagelschlag.
Es gibt verschiedene Arten von Kollektoren.

Was ist ein Absorber?

Der Absorber ist die Kernkomponente eines Solarthermie-Kollektors, also der wichtigste Teil des Kollektors und bestimmt entscheidend die Effizienz der Solarthermieanlage. Er ist vollflächig ausgebildet oder besteht aus einzelnen Streifen. Im Absorber findet die Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme statt. Der Absorber gibt die Wärmeenergie an den Wärmeträger ab, der die Wärme zum Speicher transportiert.

Eigenschaften des Absorbers:

Materialwahl: Häufig werden Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer oder Aluminium verwendet, um eine effiziente Aufnahme der Sonnenstrahlen zu gewährleisten.
Struktur: Die Oberfläche kann Rippen oder Rillen aufweisen oder auch speziell beschichtet sein, um die Fläche zu vergrößern und somit die Absorptionsfläche zu maximieren.
Farbe: Der Absorber ist oft dunkel gefärbt, um eine bessere Aufnahme der Sonnenstrahlen zu ermöglichen. Dunkle Farben absorbieren mehr Licht und wandeln es effizienter in Wärme um.
Beschichtungen: Manchmal werden selektive Beschichtungen aufgetragen, die eine höhere Aufnahme des Lichts bei bestimmten Wellenlängen erreichen und so die Absorptionseigenschaften verbessern können.

Was ist eine Wärmeträgerflüssigkeit oder Solarflüssigkeit?

Die Solarflüssigkeit von Schindler + Hofmann ist bereits vorgemischt und bietet einen Frostschutz bis -28 °C

Eine Wärmeträger- oder Solarflüssigkeit ist eine Substanz, um Wärme zu transportieren. Typischerweise besteht sie aus Wasser und einem Frostschutzmittel, das verhindert, dass die Flüssigkeit bei niedrigen Temperaturen gefriert.

Das Mischungsverhältnis hängt von den klimatischen Bedingungen ab. Je kälter es im Winter werden kann, umso höher muss der Anteil an Frostschutzmittel sein.
Übliche Mischungsverhältnis in Deutschland

55 % Wasser zu 45 % Propylenglykol, damit kurzzeitiger Frostschutz bis -28 °C
50 % Wasser zu 50 % Propylenglykol, damit kurzzeitiger Frostschutz bis -39 °C

Mögliche Zusatzstoffe: Korrosionsschutzmittel und Stabilisatoren erhöhen die Lebensdauer der Anlage.

Ist Solarflüssigkeit giftig? Gemäß der DIN-Norm 4757 T1 darf Solarflüssigkeit weder giftig, reizend noch ätzend sein. Daher werden oft biologisch abbaubare Mischungen auf Basis von Propylenglykol verwendet.

Hinweis
Wie wird Solarflüssigkeit entsorgt? Solarflüssigkeit fällt unter die Kategorie Sondermüll und muss daher ordnungsgemäß bei den örtlichen Schadstoffsammelstellen oder spezialisierten Entsorgungsfirmen abgegeben werden. Sie darf keinesfalls über das Abwassersystem entsorgt werden.

Wissenswert
Es gibt auch Solarthermieanlagen, die als Wärmeträger ausschließlich Wasser verwenden, das sind sogenannte Drain-Back-Systeme. Solarluftkollektoren wiederum arbeiten mit Luft als Wärmeträger, um Gebäude gleichzeitig zu lüften und zu beheizen.

Wie kann man Wärme am besten speichern?

Solarthermieanlagen ermöglichen die Speicherung von erzeugter Wärme für den späteren Gebrauch. Wärme kann am effektivsten in isolierten Tanks, zum Beispiel einem Warmwasserspeicher oder Pufferspeicher gesammelt werden. Je nach Nutzungsanforderungen gibt es unterschiedliche Speicherarten.

Warum muss ein Wärmespeicher genutzt werden? Ein Wärmespeicher ist wichtig, da oft der Wärmebedarf zeitlich von der Sonneneinstrahlung abweicht, z. B. in den Abend- und Nachtstunden oder in den Wintermonaten. Durch den Einsatz eines Wärmespeichers kann der Eigenverbrauch der solar erzeugten Wärme maximiert und der Bedarf an konventionellen Energieträgern entscheidend reduziert werden.

Welche Kollektorarten gibt es?

Die wichtigsten Kollektorarten für die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung sind:

Flachkollektoren
Flachkollektoren sind die am häufigsten verwendeten Solarthermiekollektoren. Sie bestehen aus flachen, meist rechteckigen Platten, die mit einem Absorber und einer transparenten Abdeckung versehen sind. Diese Kollektoren eignen sich gut für die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung.

Vakuumröhrenkollektoren
Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus Glasröhren, die einen Absorber enthalten. Das Vakuum im Inneren der Röhren bietet eine besonders gute Isolierung. Sie sind auch effizient bei diffuser Strahlung und niedrigen Außentemperaturen. Vakuumröhrenkollektoren eignen sich gut für den Einsatz bei höheren Temperaturen, wie beispielsweise für Prozesswärme oder zur Heizungsunterstützung.

Der Flachkollektor von Sunex überzeugt mit langer Lebensdauer, guter Dämmung und 4 mm Spezialglas

Die Auswahl des geeigneten Kollektortyps hängt von den individuellen Anforderungen, dem verfügbaren Platz und den örtlichen Gegebenheiten ab.

Wissenswert – weitere Kollektorarten:

Solarluftkollektoren/Luftkollektoren

Solarluftkollektoren nutzen Luft als Wärmeträger. Sie werden oft in Lüftungs- und Trocknungssystemen verwendet.

Poolkollektoren

Diese Kollektoren bestehen aus Solarmodulen, die auf dem Dach oder auf dem Boden in der Nähe des Schwimmbades installiert werden. Sie absorbieren Sonnenenergie und übertragen die Wärme direkt auf das Poolwasser. Poolkollektoren können in verschiedenen Formen und Größen erhältlich sein.

Poolabsorber

Poolabsorber sind Platten oder flexible Matten, die auf dem Boden oder an den Seiten des Schwimmbeckens platziert werden. Sie bestehen aus einem dunklen Kunststoff, der gegen Chemikalien resistent ist. Sie nehmen die Sonnenenergie auf und geben sie an das Poolwasser ab. Poolabsorber sind einfach zu installieren und eine kostengünstige Option zur Erwärmung von Schwimmbadwasser.

PVT-Hybridkollektoren (oder PVT-Kollektoren)

PVT-Hybridkollektoren kombinieren Photovoltaik und Solarthermie in einem Paneel. Sie erzeugen sowohl elektrische Energie als auch Wärme und nutzen so den vorhandenen Platz effektiver im Vergleich zu separaten Modulen.

Konzentrierende Kollektoren

Konzentrierende Kollektoren verwenden Spiegel, um die Sonneneinstrahlung mehrerer Kollektoren auf einen Absorber zu bündeln. Dadurch erreicht der Absorber extrem hohe Temperaturen von 80 bis 2.000 Grad Celsius. Da jedoch nur direkte Sonnenstrahlung konzentriert werden kann, sind sie vor allem in sonnenreichen Regionen wie Südeuropa für Großanlagen mit mehreren Megawatt Leistung geeignet.

Wie funktioniert ein Flachkollektor?

Flachkollektoren sind eine häufig verwendete Form von Solarkollektoren, um aus Sonnenenergie Wärme zu erzeugen. Sie bestehen aus einem flachen, rechteckigen Gehäuse, das eine transparente Abdeckung besitzt. Im Innern befinden sich der Absorber und die Wärmeträgerflüssigkeit, die meist durch dünne Rohre geführt wird.

Absorption von Sonnenenergie:

Die transparente Abdeckung des Kollektors lässt Sonnenlicht passieren, welches auf die Absorberfläche trifft. Der meist dunkle Absorber wandelt die Lichtenergie in Wärme um.

Wärmetransport und Übertragung:

Die absorbierte Wärme wird vom Absorbermaterial aufgenommen und an die Solarflüssigkeit übertragen.
Diese Flüssigkeit zirkuliert durch dünne Rohre oder Kanäle im Kollektor und transportiert die Wärme zum Wärmetauscher im Speicher.

Allgemeiner Aufbau eines Flachkollektors

Aufbau eines Flachkollektors

1. Rahmen, Rückwand und Befestigungsdetails/p>

Funktion: Rahmen und Rückwand dienen der Stabilität des Kollektors und nehmen die verschiedenen Komponenten auf. Der Rahmen weißt Elemente wie zum Beispiel eine Nut zur Befestigung an der Dachhalterung auf. Die Rückwand isoliert den Kollektor und schützt ihn vor äußeren Einflüssen.

Material: Der Rahmen und die Rückwand eines Flachkollektors bestehen aus eloxiertem Aluminium, Edelstahl oder glasfaserverstärktem Kunststoff. Eloxiert bedeutet, dass die Oberfläche des Aluminiums eine Schutzschicht gegen die unkontrollierte Oxidation des Metalls mit dem Luftsauerstoff besitzt.

2. Transparente Abdeckung:

Funktion: Die transparente Abdeckung lässt Sonnenlicht in den Kollektor eindringen, während sie gleichzeitig die darin erzeugte Wärme einschließt. Außerdem schützt sie die Komponenten im Inneren vor äußeren Einflüssen wie zum Beispiel Hagel, Schnee und Regen.

Material: Die transparente Abdeckung besteht oft aus gehärtetem Glas oder seltener aus Kunststoff. Heute werden meist Antireflexgläser genutzt. Diese reduzieren die Reflexionen und ermöglichen eine höhere Lichtdurchlässigkeit. Das bedeutet, dass mehr Sonnenlicht die Absorberfläche des Kollektors erreicht, was zu einer effizienteren Umwandlung von Lichtenergie in Wärme führt.

3. Absorber und Rohre für Solarflüssigkeit:

Funktion: Der Absorber wandelt das eingefangene Sonnenlicht in Wärme um und gibt sie über die dünnen Rohre an die Solarflüssigkeit ab.

Material: Der Absorber besteht in der Regel aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer oder Aluminium und ist oft mit einer dunklen selektiven Beschichtung versehen. Diese Beschichtung verhindert, dass die in Wärme umgewandelte Sonnenenergie wieder abgestrahlt/emittiert wird. Die Rohre für die Solarflüssigkeit können ebenfalls aus Kupfer oder Aluminium bestehen und sind direkt mit dem Absorber verschweißt oder verlötet.

4. Wärmedämmung:

Funktion: Die Dämmung minimiert Wärmeverluste und maximiert die Effizienz des Kollektors, indem sie die Wärme im Inneren des Kollektors hält und gleichzeitig äußere Einflüsse abschirmt.

Material: Die Wärmedämmung besteht oft aus isolierenden Materialien wie Polyurethan-Schaum oder Mineralwolle.

Energiefluss und Energieverluste eines Flachkollektors

Grafik zur Darstellung des Energieflusses in einem Flachkollektor

Abstrahlung an die Umgebung - erwärmte Luft über dem Absorber:

Wärme, die durch den Absorber erzeugt wird, erwärmt die Luft direkt über ihm. Diese erwärmte Luft kann dann in die Umgebung abgestrahlt werden, was zu Energieverlusten führt.

Reflexion der Sonnenstrahlung:

Ein Teil der einfallenden Sonnenstrahlung wird von der transparenten Abdeckung und anderen Oberflächen des Kollektors reflektiert, anstatt absorbiert zu werden. Dadurch geht potenziell nutzbare Energie verloren.

Transmission:

Transmission bezieht sich auf den Verlust von Wärmeenergie durch die transparente Abdeckung des Kollektors. Obwohl sie das Sonnenlicht durchlässt, kann ein Teil der Wärme durch die Abdeckung wieder entweichen.

Konvektion:

Konvektion bezieht sich auf den Energieverlust durch den Abtransport von Wärmeenergie durch die Bewegung von Luft oder Wasser um den Kollektor herum. Diese Bewegung kann dazu führen, dass Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben wird, bevor sie genutzt werden kann.

Wie funktioniert ein Röhrenkollektor?

Röhrenkollektoren bestehen meist auf fünf bis dreißig Röhren. Die Röhren sind auf einem Rahmen befestigt und über einen Sammler miteinander verbunden. Ihre Funktionsweise ist jedoch den Flachkollektoren sehr ähnlich. In den Glasröhren befinden sich Absorber und Wärmeträgerflüssigkeit, um die Sonnenenergie aufzunehmen, in Wärme umzuwandeln und die Wärmeenergie zum Wärmetauscher im Speicher zu transportieren.

Allgemeiner Aufbau eines Röhrenkollektors

1. Rahmen mit Befestigungsdetails

Funktion: Der Rahmen bildet die Grundstruktur des Vakuumröhrenkollektors und bietet Halt für alle Komponenten. Die integrierten Befestigungsdetails wie z. B. Halterungen, Haken oder Schrauben halten den Kollektor sicher an der gewünschten Position.

Material: Aluminium oder Stahl werden häufig für den Rahmen verwendet, da sie eine robuste Konstruktion ermöglichen.

2. Sammler

Funktion: Mit dem Sammler sind alle Röhren des Kollektors verbunden. Aufgabe des Sammlers ist die Aufnahme der Wärmeenergie aus den einzelnen Röhren. Dazu befindet sich im Sammler ein Rohr mit Solarflüssigkeit, die die Wärmeenergie weiter zum Wärmetauscher im Speicher transportiert, das ist der Rücklauf. Das zweite Rohr ist der Vorlauf. In diesem Rohr befindet sich die abgekühlte Solarflüssigkeit, die vom Wärmetauscher im Speicher wieder zum Kollektor gepumpt wird, um erneut Wärmeenergie aufzunehmen.

Material: Der Sammler besteht im Innern oft aus Materialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer- oder Aluminiumrohren und einer Abdeckung aus Aluminium oder Edelstahl.

3. Röhren

Funktion: Aufgabe der einzelnen Röhren ist die effiziente Aufnahme und Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme. Über den Sammler sind alle Röhren mit dem Solarthermiekreislauf verbunden.

Verschiedene Typen: Es gibt verschiedene Typen von Vakuumröhren (Sprunglink zum Abschnitt: „Typen von Vakuumröhren“). Allen gemeinsam ist der Aufbau aus zwei Glasröhren, in denen Vakuum als perfekte Isolierung herrscht. Außerdem befindet sich in jeder einzelnen Röhre ein Absorber.

Wissenswert
Es gibt auch CPC-Kollektoren. Das sind Vakuumröhrenkollektoren mit einem konzentrierenden Spiegel. Das Kürzel CPC steht für „Compound Parabolic Concentrator“ und bezeichnet parabolische Hohlspiegel. Die CPC-Spiegel sind hinter den Röhren platziert, um die einfallenden Strahlen zwischen den Röhren zu reflektieren. So kann der Absorber Sonnenstrahlen von allen Seiten aufnehmen und der Wirkungsgrad der Röhrenkollektoren zusätzlich erhöht werden.

Typen von Vakuumröhren

Heutzutage sind vor allem doppelwandige Vakuumröhren nach dem Sidney-Prinzip auf dem Markt vertreten. Hier befindet sich das Vakuum, ähnlich wie bei einer Thermoskanne, zwischen den beiden miteinander verschmolzenen Glasröhren. Innerhalb der doppelwandigen Röhrenkollektoren werden in der Regel zwei Haupttypen unterschieden: direkt durchströmte und indirekt durchströmte Röhren. Die beiden Typen werden hier vorgestellt.

Direkt durchströmte Vakuumröhre nach dem Sydney-Prinzip

Funktionsweise:

Die direkt durchströmte Vakuumröhre nach dem Sydney-Prinzip besteht aus einer doppelwandigen, evakuierten Glasröhre, die nach dem Thermoskannen-Prinzip funktioniert und ein stabiles Vakuum gewährleistet.

Auf dem inneren Glaskolben befindet sich eine selektive Beschichtung auf Kupfergrund.

Hier wird die einfallende Sonnenstrahlung in Wärme umgewandelt.

In das innere Rohr ist ein Wärmeleitblech mit einem U-Rohr eingeführt.

Die Solarflüssigkeit im U-Rohr nimmt die erzeugte Wärme auf und fließt direkt durch den Sammler in den Solarthermiekreislauf bis zum Wärmetauscher im Speicher und wieder zurück = nasse Anbindung

Meist wird Borosilikatglas verwendet, aber auch Kalknatronglas mit einer Antireflexbeschichtung kommt zum Einsatz. Diese Glasarten weisen eine hohe mechanische und thermische Stabilität auf und halten in der Regel Hagelschlag und Temperaturschocks – große Hitze und Kälte – aus.

Vorteile	Nachteile
Neigung unerheblich, flexible Montage Geeignet für Schrägdach, Flachdach und Fassade Hoher Wirkungsgrad	Nasse Anbindung – Austausch der Röhren aufwendiger

Indirekt durchströmte Vakuumröhre nach dem Sydney-Prinzip mit Heatpipe

Funktionsweise:

Die indirekt durchströmte Vakuumröhre nach dem Sydney-Prinzip integriert in der inneren Glasröhre ein in sich geschlossenes Wärmerohr (Heatpipe). Dieses Wärmerohr reicht bis in den Sammler hinein, wo es die Wärme an das Heizungswasser oder die Solarflüssigkeit überträgt. Die Einbindung des Wärmerohrs in den Sammler erfolgt über eine Öffnung oder Hülse sowie eine Wärmeleitpaste – trockene Anbindung.

Geschlossenes Wärmerohr mit Unterdruck
Flüssigkeit verdampft bereits bei niedrigen Temperaturen
Dampf steigt im Rohr auf bis zum verdickten Ende im Sammler
Dampf kondensiert im Sammler und gibt Wärme ab
Kondensat fließt zurück ins Wärmerohr
Wiederholung des Vorgangs: Wärme aufnehmen und verdampfen
Röhrenmontage mit Mindestneigung von 25 Grad erforderlich
Frostfestigkeit durch geringe Füllmenge und Unterdruck

Vorteile	Nachteile
Trockene Anbindung – einfacher Austausch von Vakuumröhren Leichter Transport – Lieferung in Einzelteilen Geeignet für hohe Temperaturen	Montagewinkle von mindesten 25 Grad bis max. 80 Grad, daher nur für Schrägdach oder Flachdach mit Aufständerung geeignet

Welche Kollektoren sind besser?

Die Frage, ob Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren besser sind, lässt sich nicht pauschal beantworten, da beide Typen unterschiedliche Vor- und Nachteile haben und ihre Leistungsfähigkeit von verschiedenen Faktoren abhängt.

Die Wahl zwischen den beiden hängt von den spezifischen Anforderungen des Projekts, dem verfügbaren Budget, dem Standort, den ästhetischen Ansprüchen und anderen Faktoren ab.

Vorteile*

Flachkollektoren	Vakuumröhrenkollektoren direkt durchströmt	Vakuumröhrenkollektoren mit Heatpipe
Niedrigere Anschaffungskosten Lange Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren Geringere thermische Belastung im Stillstandfall Dachintegration möglich – geringere Angriffsfläche bei Wind und Sturm Dickeres Spezialglas (4 mm), witterungsbeständiger (z. B. gegen Hagel) Hoher Wirkungsgrad durch große Aperturfläche Flexibel einsetzbar auch bei ungünstigen Gegebenheiten auf dem Dach Wartungsfreundlich Schnee kann leicht entfernt werden	Sehr effektiv Höchster Wirkungsgrad Bessere Wärmeausbeute bei diffusem Sonnenlicht als Flachkollektoren Erzeugt höhere Temperaturen, dadurch effektive Heizungsunterstützung Leichter Transport, da Lieferung in Einzelteilen Flachdach- und Fassadenmontage möglich Lange Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren. Wärmeverlust ganzjährig geringer als bei Flachkollektoren	Leistungsstärker als unsere Flachkollektoren bei kalten Außentemperaturen Lange Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren Leichter Transport, da Kollektor in Einzelteilen geliefert wird Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis Wärmeverlust ganzjährig geringer als bei Flachkollektoren Für hohe Temperaturen gut geeignet

Nachteile*

Flachkollektoren	Vakuumröhrenkollektoren direkt durchströmt	Vakuumröhrenkollektoren mit Heatpipe
Haben bei ungünstiger Witterung einen geringeren Wirkungsgrad Brauchen gegenüber direkt durchströmten Vakuumröhrenkollektoren für die gleiche Leistung mehr Fläche Ungeeignet für die Erzeugung hoher Temperaturen Höhere Wärmeverluste im Winter und bei hohen Temperaturunterschieden Transport aufwendiger	Sind teuer Keine Indachmontage möglich Keine Eignung für Dachheizzentralen Erhöhte Stagnationsgefahr im Sommer	Höhere thermische Belastung, dadurch geringere Haltbarkeit Können anfälliger gegen Unwetter sein (Hagel) Keine Indachmontage möglich Können nicht horizontal verbaut werden, Mindestaufstellwinkel von 15-30° je nach Modell

*Bezogen auf das Sortiment von kamdi24

Sven Klitzsch Solarthermie-Experte

Tipp
Zukünftig ist bei kamdi24 eine Berechnung möglich, um die perfekte Kollektorfläche mit dem idealen Kollektortyp zu ermitteln.

Lassen Sie sich dazu von unserem Solarthermie-Experten Sven Klitzsch beraten, um die beste Lösung für Ihr Projekt zu finden.

E-Mail: sven.klitzsch@kamdi24.de

Telefon: 0351 25930011

Wie sind Effizienz und Ertrag?

Welche Faktoren beeinflussen die Effizienz?

Die Effizienz einer Solarthermieanlage wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, die sowohl die Leistung als auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage bestimmen. Hier sind einige wesentliche Faktoren:

Lage und Ausrichtung: Die geografische Lage der Solarthermieanlage bestimmt die Menge an Sonnenlicht, die sie einfangen kann. Eine Ausrichtung nach Süden mit einem Neigungswinkel entsprechend der geografischen Breite ist ideal, um die Sonneneinstrahlung zu maximieren.

Fläche und Größe der Kollektoren: Eine größere Kollektorfläche ermöglicht eine höhere Absorption von Sonnenenergie. Aber die Anzahl und Größe der Kollektoren sollten entsprechend dem Energiebedarf des Systems und den örtlichen Gegebenheiten gewählt werden.

Effizienz der Kollektoren: Die Effizienz der Kollektoren bestimmt, wie gut sie Sonnenlicht in Wärmeenergie umwandeln können. Hochwertige Kollektoren mit einer effizienten Absorberbeschichtung und geringen Wärmeverlusten sind entscheidend für die Leistung der Anlage.

Länge der Solarleitung: Je kürzer der Weg zwischen Kollektoren und Speicher ist und je besser die Leitung isoliert wird, umso weniger Wärme geht verloren und umso effizienter ist die Solarthermieanlage.

Wärmespeicherung: Die Effizienz einer Solarthermieanlage hängt auch von gut isolierten Warmwasserspeichern ab, die überschüssige Wärme speichern und für Zeiten mit geringer Sonneneinstrahlung bereitstellen.

Wetterbedingungen: Die Verfügbarkeit von Sonnenlicht wird stark von den lokalen Wetterbedingungen beeinflusst. Wolken, Nebel und andere atmosphärische Bedingungen können die Effizienz der Anlage beeinträchtigen.

Wartung und Reinigung: Eine regelmäßige Wartung und Reinigung der Kollektoren sind wichtig, um ihre Leistungsfähigkeit aufrechtzuerhalten. Staub, Schmutz oder andere Ablagerungen können die Lichtabsorption und Wärmeübertragung beeinträchtigen.

Wie hoch ist der Wirkungsgrad von Solarthermie?

Der Wirkungsgrad gibt über die Qualität des Kollektors unter festgelegten Bedingungen, wie Lufttemperatur, Einstrahlung und Windgeschwindigkeit Auskunft. Er zeigt den Anteil der eingestrahlten Sonnenenergie an, der in nutzbare Wärme umgewandelt wird. Der Wirkungsgrad wird üblicherweise in Prozent angegeben.

Zu jedem Kollektor gibt es ein Solar Keymark-Datenblatt. Mit diesen Angaben kann der Wirkungsgrad der Kollektoren ermittelt werden. Der Wirkungsgrad wird dabei von drei Faktoren beeinflusst:

1. Optischer Wirkungsgrad = ƞ₀

Der optische Wirkungsgrad eines Kollektors beschreibt das Maximum an Sonnenstrahlung, das vom Absorber aufgenommen werden kann. Dabei spielt die Lichtdurchlässigkeit der Glasabdeckung, der Transmissionsgrad eine wichtige Rolle. Die Abdeckung kann Strahlung reflektieren und selbst aufnehmen (absorbieren).

Optischer Wirkungsgrad der Flachkollektoren bei kamdi24: ca. 70 bis 81 %
Optischer Wirkungsgrad der Vakuumröhrenkollektoren bei kamdi24: ca. 37 bis 43 %
Ursache: Bei einem Flachkollektor muss nur eine Glasschicht vom Licht durchdrungen werden, bei einem Vakuumröhrenkollektor sind es zwei Schichten.

Wissenswert
Wenn die Absorbertemperatur gleich der Umgebungstemperatur ist, gibt es kaum thermische Verluste und der Kollektorwirkungsgrad entspricht nahezu dem optischen Wirkungsgrad des Solarkollektors. Dies ist jedoch selten der Fall, insbesondere im Winter.

2. Thermische Verluste | Wärmeverlustbeiwerte = k₁ (auch a₁) und k₂ (auch a₂)

Diese Verluste hängen von der Temperaturdifferenz zwischen Absorber und Außenluft zusammen. Hier kann es zur Abstrahlung von Wärme an die Umgebung kommen oder durch Luftbewegung (Konvektion) wird Wärme abgeleitet. Auch diese beiden Werte können dem Solar Keymark-Datenblatt entnommen werden.

Wissenswert – Berechnung des Wirkungsgrades eines Kollektors

Formel zur Berechnung des Wirkungsgrades eines Kollektors

η = Kollektorwirkungsgrad
η₀ = optischer Wirkungsgrad (aus dem Solar Keymark-Datenblatt)
k₁ = Wärmeverlustbeiwert in W/(m²K) (aus dem Solar Keymark-Datenblatt)
k₂ = Wärmeverlustbeiwert in W/(m²K²) (aus dem Solar Keymark-Datenblatt)
ΔT = Temperaturdifferenz in K (Differenz aus Absorbertemperatur minus Umgebungstemperatur)
E_g = Bestrahlungsstärke in W/m²

(Quelle: https://www.sbz-monteur.de/wie-entsteht-eigentlich/der-wirkungsgrad-von-solaranlagen-flachko-vs-roehre [abgerufen am 02.04.2024])

Bei geringen Temperaturunterschieden zwischen Absorber und Außenluft ist der Wirkungsgrad von Flachkollektoren besser oder mit Röhrenkollektoren vergleichbar.

Bei höheren Temperaturdifferenzen punkten die Vakuumröhrenkollektoren durch den geringeren Wärmeverlust.

An kalten Wintertagen mit diffusem Licht zeigt sich dieser Vorteil deutlich, dann können Flachkollektoren einen Wirkungsgrad von rund 20 % aufweisen, wohingegen Vakuumröhrenkollektoren noch einen Wirkungsgrad von 50 % oder mehr haben.

Wie viel Energie spart Solarthermie – Deckungsgrad und Nutzungsgrad?

Der Deckungsgrad einer Solarthermieanlage gibt an, wie viel Prozent des Wärmebedarfs eines Gebäudes – Warmwasser und/oder Heizung – in einem Jahr durch die solarthermische Anlage gedeckt wird.

Ein hoher Deckungsgrad zeigt an, dass die Solarthermieanlage einen großen Teil der notwendigen Wärmeenergie liefert, während ein niedriger Deckungsgrad darauf hinweist, dass die Anlage einen geringeren Beitrag zur Wärmeversorgung leistet

Solarthermieanlagen für Warmwasser
- Deckungsgrad liegt etwa bei der Hälfte (50 Prozent) der jährlich benötigten Energie
- Energiebedarf im Sommer wird fast vollständig gedeckt
- Energiebedarf in der kühlen Jahreszeit wird nur anteilig gedeckt, daher ist Zusatzheizung notwendig

Solarthermieanlagen für Warmwasser + Heizungsunterstützung
- Deckungsgrad liegt zwischen ca. 30 und 35 Prozent der jährlich benötigten Energie und hängt stark von der Größe der Anlage und den Effizienzfaktoren ab
- Energiebedarf muss mit einer weiteren Heizungsart abgedeckt werden
- Solarthermie-Hybrid-Heizung

Der Nutzungsgra berücksichtigt das Zusammenwirken des Gesamtsystems aus Kollektoren, Leitungen und Speicher, des Nutzerverhaltens und der klimatischen Rahmenbedingungen, auch Stillstandzeiten sowie An- und Ausschaltphasen werden einbezogen. Dieser Wert zeigt an, wie effizient die umgewandelte Sonnenenergie tatsächlich für Warmwasser oder Heizung genutzt werden kann, wobei die überschüssige Energie in den Sommermonaten nicht berücksichtigt wird.

Wissenswert

Wird nur wenig Wärmeenergie, die von einer Solarthermieanlage erzeugt wird, im Gebäude verbraucht oder im Speicher abgenommen, sinkt der Nutzungsgrad trotz hohem Wirkungsgrad und hohem Deckungsgrad.

Es gilt ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Deckungsgrad und Nutzungsgrad zu finden. Das heißt, die Anlage muss ausreichend groß sein, um einen guten Deckungsgrad zu erreichen, aber sie darf nicht zu groß sein, um einen akzeptablen Nutzungsgrad zu erhalten und keine unnötigen Kosten zu verursachen.

FAQ und Praxistipps

Funktionsweise und Vorteile
Wie funktioniert Solarthermie?
Was ist der Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik?
Welche Vorteile bietet das Heizen mit Solarthermie?

Wirtschaftlichkeit und Förderung
Ist eine Solarthermieanlage wirtschaftlich?
Gibt es staatliche Förderungen oder finanzielle Anreize?

Komponenten und Installation
Flach- oder Röhrenkollektoren – Was ist besser?
Was muss ich beim Kauf einer Solarthermieanlage beachten?
Welche Komponenten gehören zu einer Solarthermieanlage?
Wie groß muss der Speicher bei Solarthermie sein?
Kann ich eine Solarthermieanlage selbst installieren?
Ist Solarthermie mit anderen Heizquellen kombinierbar?

Funktionsweise und Vorteile

Wie funktioniert Solarthermie?

Solarthermie nutzt Sonnenenergie, um Wärme zu erzeugen. Kollektoren absorbieren Sonnenlicht und wandeln es in thermische Energie = Wärmeenergie um, die für Heizung oder Warmwasser genutzt wird.

Dabei nehmen Speicher die Wärme auf und halten sie auch für Zeiten mit wenig oder ohne Sonne (nachts) vor. Heizung und Warmwasserkreislauf werden also aus dem Speicher bedient.

Der Speicher ist oft mit einer weiteren Wärmequelle verbunden, das sind zum Beispiel:

Wasserführende Kaminöfen und -einsätze
Wasserführende Pelletöfen und -einsätze
Wärmepumpen
Holzvergaserkessel
Gas- und Ölheizungen im Bestand

Was ist der Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik?

Solarthermie ist Umwandlung von Sonnenenergie in Waerme

Photovoltaik ist Umwandlung von Sonnenenergie in Strom

Solarthermie erzeugt aus Sonnenenergie Wärme für warmes Wasser und die Heizung. Photovoltaik wandelt Sonnenlicht in elektrische Energie, also in Strom, der direkt im Haushalt genutzt und/oder in das öffentliche Netz eingespeist werden kann.

Welche Vorteile bietet das Heizen mit Solarthermie?

Reduziert Energiekosten für Warmwasserbereitung und Heizung
Ist umweltfreundlich
Nutzt eine kostenlose und nahezu unerschöpfliche Energiequelle
Trägt zur CO2-Reduzierung bei
Es gibt staatliche Fördermöglichkeiten
Macht unabhängiger von fossilen Brennstoffen

Wirtschaftlichkeit und Förderung

Ist eine Solarthermieanlage wirtschaftlich?

Der Ertrag und die Wirtschaftlichkeit hängen vom Standort, dem Bauzustand des Gebäudes, der Ausrichtung der Kollektoren, der Kollektorart und der Größe der Anlage ab.

Wir haben hier vier Beispiele zusammengestellt. Diese können aber nur als Orientierung dienen, denn es ist wichtig die eigenen Voraussetzungen zu kennen und zu berücksichtigen, um eine hohe Effizienz zu erzielen.

Für alle Beispiele gilt:

Beispiele	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4
Nutzung Sonnenwärme	Warmwasser	Warmwasser + Heizung	Warmwasser + Heizung	Warmwasser + Heizung
Gebäudezustand	Eigenheim	Neubau, EnEV* und besser	Eigenheim nach EnEV*	Altbau
Energiebedarf Trinkwasser	3000 kWh/a	3000 kWh/a	3000 kWh/a	3000 kWh/a
Bedarf an Heizwärme	--	6000 kWh/a	9000 kWh/a	15000 kWh/a
Angenommene Heizkosten	600 €	1100 €	1900 €	2500 €
Kollektor	6 m2 Flachkollektor, Neigung 35 °	15 m2 Vakuumröhrenkollektor, Neigung 45 °	15 m2 Vakuumröhrenkollektor, Neigung 45 °	15 m2 Vakuumröhrenkollektor, Neigung 45 °
Ausrichtung Kollektor	Süd	Süd	Süd	Süd
Speichervolumen	300 l	1000 l	1000 l	1000 l
Solare Deckung	58 %	35 %	22 %	20 %
Eingesparte Kosten pro Jahr	348 €	385 €	418 €	500 €
Kosten der Solarthermie-Anlage	ca. 5000 €	ca. 8500 €	ca. 8500 €	ca. 8500 €
Grundförderung 30 % **	1500 €	2550 €	2550 €	2550 €
Investitionskosten	3500 €	5950 €	5950 €	5950 €
Amortisation	10 Jahre	15,5 Jahre	14 Jahre	12 Jahre

* EnEV = Energiesparverordnung der Bundesregierung | ** Klimabonus (2024 bis 2028 20 %) und Einkommensbonus (bis zu 30 %) können bei erfüllten Voraussetzungen zusätzlich genutzt werden.

Sven Klitzsch Solarthermie-Experte

Gibt es staatliche Förderungen oder finanzielle Anreize?

Ja, es gibt laut der Novelle des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) eine vereinheitlichte staatliche Förderungen für Heizungsanlagen über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG), die bei der KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) und dem Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) beantragt werden können.

Tipp

Alle Informationen dazu finden Sie auch in unserem Ratgeber zur Heizungsförderung.

Komponenten und Installation

Flach- oder Röhrenkollektoren – Was ist besser?

Flachkollektoren sind oft kostengünstiger, Röhrenkollektoren haben eine höhere Effizienz und benötigen daher für die gleiche Leistung meist weniger Platz. Die Wahl hängt von den spezifischen Anforderungen und dem Budget ab.

Tipp

Mehr Informationen finden Sie unter dem Punkt Welche Kollektoren sind besser?

Was muss ich beim Kauf einer Solarthermieanlage beachten?

Wärmebedarf
Standort
Ausrichtung der Kollektoren
Größe der Anlage – Platz auf dem Dach
Qualität der Produkte und Garantien
Mögliche Förderungen

Sie müssen sich entscheiden, ob Sie nur warmes Brauchwasser mit der Anlage bereiten oder auch Ihre Heizung mit Solarthermie unterstützen wollen. Daneben sind der Standort und die Ausrichtung der Kollektoren wichtig: Befindet sich Ihr Haus in Süd- oder Norddeutschland, ist Ihr Dach geneigt oder flach, in welche Himmelsrichtung zeigt Ihr Dach. Nach all diesen Angaben richtet sich dann die Dimensionierung Ihrer Anlage. Nicht zuletzt sollte die Anlage allen gängigen Normen entsprechen und von guter Qualität sein. Prüfen Sie auch, welche Garantien vom Hersteller und/oder Händler gegeben werden und ob es Fördermöglichkeiten gibt.

Welche Komponenten gehören zu einer Solarthermieanlage?

Kollektoren
Kollektorbefestigung
Verbindungsteile
Solarflüssigkeit
Solarleitung
Solarsteuerung mit mind. 2 Fühlern
Solarstation mit Hocheffizienzpumpe
Solarausdehnungsgefäß
Speicher

Tipp

Im kamdi24-Shop finden Sie Solarthermie-Sets und verschiedene Komponenten in der Rubrik Heiztechnik und im Bereich Solarthermie.

Wie groß muss der Speicher bei Solarthermie sein?

Grundsätzlich ist es wichtig, dass sie Ihren Warmwasserverbrauch kennen. Zur Heizungsunterstützung müssen auch der Gebäudezustand, Standort, Ausrichtung und Art der Kollektoren berücksichtigt werden. Ein optimales Speichervolumen trägt entscheidend zur Effizienz Ihrer Solarthermieanlage bei.

Als Faustformel für die Speichergröße gilt:
- 50 Liter pro Quadratmeter bei Flachkollektoren
- 60 bis 70 Liter pro Quadratmeter bei Röhrenkollektoren

Tipp

Lassen Sie sich von unserem Solarthermie-Experten Sven Klitzsch beraten:

E-Mail: sven.klitzsch@kamdi24.de
Telefon: 0351 25930011

Kann ich eine Solarthermieanlage selbst installieren?

Die Montage eine Solarthermieanlage ist anspruchsvoll, aber lösbar; ziehen Sie bei Fragen Fachleute hinzu. Vor allem die Abnahme der Anlage sollte von einem kompetenten Installateur durchgeführt werden.

Wartungsarbeiten sind in der Regel minimal, erforderlich sind jedoch regelmäßige Überprüfungen der Anlage.

Ist Solarthermie mit anderen Heizquellen kombinierbar?

Ja, Solarthermieanlagen können gut mit anderen Energiequellen wie wasserführenden Kaminöfen, Kamineinsätzen, Heizkesseln oder Wärmepumpen kombiniert werden. Man spricht dann von einer Solarthermie-Hybrid-Heizung.

Nach dem Gebäude-Energie-Gesetz (GEG) müssen für eine Solarthermie-Hybrid-Heizung zwei Bedingungen erfüllt werden:

Ihre Solarthermieanlage muss eine bestimmte Mindestgröße haben, die von der Nutzfläche Ihres Hauses abhängt.
Mindestens 60 Prozent des zusätzlichen Wärmebedarfs müssen durch Biogas, Bio-Öl oder zertifizierte umweltfreundliche Biomasse (Holz oder Pellets) gedeckt werden.

Tipp

In der Rubrik Solarthermie im Set im kamdi24-Shop finden Sie zum Beispiel Kaminöfen im Solar-Set.