Ein thermischer Solarkollektor wandelt auf dem Dach die Energie der Sonne in Nutzwärme um. In den meisten Fällen ist ein Kollektor in Wohngebäuden nur für die Brauchwarmwasserbereitung ausgelegt. Speziell gedämmte Vakuumröhrenkollektoren sind so effizient, dass sie auch für die Heizungsunterstützung verwendet werden. Wie wirtschaftlich ist der Einsatz eines Kollektors?
Funktionsweise eines Solarkollektors
Sonnenstrahlen treffen auf die dunkle Oberfläche des thermischen Solarkollektors auf. Dieser absorbiert die Strahlung und wandelt sie in Wärme um. Eine Pumpe pumpt Solarflüssigkeit durch Rohre im Kollektor, wodurch die Wärme an die Flüssigkeit abgegeben wird. An die Rohre ist üblicherweise ein Speicher im Heizungsraum angeschlossen. Da die Wärmeträgerflüssigkeit mit einem Frostschutzmittel vermischt ist, ist dieser Kreislauf vom Trinkwassersystem sowie dem restlichen Heizungssystem getrennt. Daher gibt ein Wärmetauscher die Wärme an den Speicher ab. Aus dem Speicher kann die Wärme entnommen werden, um Warmwasser zu erhitzen oder im Falle eines Pufferspeichers auch zur Unterstützung des Heizungssystems. Statt eines Pufferspeichers wird oft nur ein Solarspeicher für Warmwasser verwendet.
Einmal installiert verbraucht nur noch die Pumpe etwas Strom. Ansonsten entstehen keine weiteren laufenden Kosten. Im Gegensatz zu einer PV Anlage nützt ein Kollektor die Energie der Sonne wesentlich effizienter aus. Je nach Typ wandelt dieser mehr als 70 Prozent der Sonnenergie in Nutzwärme um. Ein PV Modul erreicht dagegen nur ca. 20 Prozent.
Typen von Solarkollektoren:
• Einfachabsorber beheizen oft Schwimmbäder im Sommer. Diese besitzen so gut wie keine Dämmung und sind dadurch sehr preisgünstig.
• Flachkollektoren werden üblicherweise für die Erzeugung von Wärme für Warmwasser im Sommer und in den Übergangsmonaten eingesetzt. D
• Vakuumröhrenkollektoren besitzen eine ausgezeichnete Dämmung. Auch bei niedrigen Temperaturen aben diese noch einen guten Wärmeertrag, sind aber auch der teuerste Typ Kollektor. Diese werden eingesetzt, wenn auch die Heizung unterstützt werden soll.
Was wird für die Installation benötigt?
Es entstehen Kosten für die Solarkollektoren, den Pufferspeicher, die Regelung sowie die Montage des Systems. Zusätzlich muss der Installateur eine Leitung vom Dach in den Heizungsraum legen. Bei Bestandsgebäuden kann er die Leitungen auch durch den Lüftungsschacht des Kamins durchführen. Vor der Installation sollte dies mit dem Schornsteinfeger geklärt werden. Mit etwas handwerklichem Geschick kann die Solaranlage auch selbst montiert werden. Es gibt hierfür konfigurierbare Bausätze mit Anleitungen. Ein Beispiel für hochwertige Komponenten zu günstigen Preisen ist die Firma Solarbayer. Vor allem wenn bereits ein Pufferspeicher installiert ist lohnt sich eine Selbstmontage.
Im Betrieb sind thermische Solarkollektoren sehr günstig, da weder Brennstoffe verbraucht werden noch nennenswerte Wartungskosten entstehen. Kollektoren lassen sich gut auch in Bestandsgebäuden integrieren.
Wann lohnt sich der Einsatz eines Solarkollektors?
Ein Solarkollektor für Warmwasser ist eine gute Ergänzung für so gut wie jedes Heizungssystem. Bei optimaler Dimensionierung kann eine konventionelle Erdgas- oder Ölheizung in den Sommer und Übergangsmonaten von Mai bis September außer Betrieb gehen. Gerade in dieser Zeit laufen die Heizungen nur in Teillast und haben einen schlechten Wirkungsgrad. Das Heizsystem sollte Brauchwarmwasser zumindest zeitweise auf mindestens 60° Celsius erhitzen um Legionellen im Trinkwasser abzutöten. Moderne Brennwertheizungen können dann aufgrund dieser hohen Temperaturen den Brennwerteffekt nicht mehr ausnutzen. Auch für eine Wärmepumpe ist ein Solarkollektor eine ideale Ergänzung. Die hiohen Temperaturen führen auch hier zu einer deutlichen Verschlechterung der Arbeitszahlen einer Wärmepumpe.
Die Kombination eines BHKW oder einer Brennstoffzelle mit einem Solarkollektor ist in Wohngebäuden nicht optimal. Der Kollektor reduziert hier den Wärmebedarf und damit die Laufzeit dieser Anlagen.
Kollektoren zur Heizungsunterstützung müssen wesentlich besser gedämmt seinm damit diese auch noch im WInter einen Ertrag bringen. Ein Beispiel hierfür sind Vakuumröhrenkollektoren. Die aufwändige Konstruktion führt führt dazu, dass die Anlagekosten sehr hoch sind. Im Sommer können diese Kollektoren außerdem nur noch einen kleinen Teil der erzeugten Wärme nutzen. Kollektoren für die Heizungsunterstützung sind mit den aktuellen Energiepreisen im Normalfall nicht wirtschaftlich.
Installationsbeispiel für ein Einfamilienhaus
Die Energieeinsparverordnung gibt als Berechnungsgröße einen Warmwasserbedarf von 12,5 kWh/m² und Jahr vor. Andere Quellen gehen von 30 bis 50 Litern pro Person und Tag bei einer Temperatur von 45 °C aus. Dies entspricht einer Wärmemenge von ungefähr 2.400 kWh im Jahr. Als Faustregel geht man bei der Dimensionierung von 1,5 m² Kollektorfläche pro Person aus. Eine Solaranlage in einem 4 Personen Haushalt besteht damit aus folgenden Komponenten:
- Flachkollektoren mit insgesamt 6 m² Kollektorfläche, Regelung, Ausgleichsgefäß und Montagematerial (ab ca. 2.500 Euro)
- Pufferspeicher oder Solar-Trinkwasserspeicher mit 300 Litern (ca. 800 bis 1.000 Euro)
- Die Montagekosten mit ca. 1.500 Euro
Auf der Seite Solarbayer kostet das Solarpaket Premium Plus ca. 2.500 Euro. Bis auf den Pufferspeicher enthält dieses alle benötigten Komponenten. Falls dieser noch zusätzlich benötigt wird und die Instalaltion komplett selbst erfolgt, kostet die Solaranlage nach Abzug der Förderung durch das BAFA 3.000 Euro. Je nach verwendeten Komponenten und Installation durch eine Fachfirma kann die Anlage auch das doppelte kosten.
Für die Installation in Bestandsgebäuden vergibt das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) eine Basisförderung von 500 Euro für einen Warmwasserkollektor. Die Beantragung hierfür ist im Gegebnsatz zu vielen anderen Fördermitteln einfach und kann schnell selbst durchgeführt werden.
Wie wirtschaftlich ist die Beispielanlage?
Annahmen:
- Die Anlage soll 60 Prozent des Warmwasserbedarfs decken können. Dies entspricht 1.440 kWh Nutzwärme im Jahr in einem 4-Personenhaushalt.
- Da eine Heizung mit Heizöl oder Erdgas in Teillast hohe Verluste hat, wird bei einem angenommenen Nutzungsgrad von 70 % Brennstoff in Höhe von 2.057 kWh benötigt. Dies entspricht ca. 200 Litern Heizöl oder 200 m³ Erdgas
- Heizöl kostet aktuell ca. 70 Cent pro Liter bzw. Erdgas 60 Cent pro m³. Hinzu kommt bis zum Jahr 2025 eine CO2-Steuer von 18 Cent pro Liter Heizöl bzw. 13 Cent pro m³ Erdgas.
- Damit können pro Jahr Kosten von 181 Euro für Heizöl bzw, 144 Euro für Erdgas eingespart werden. Falls die Anlage komplett selbst montiert wird, benötigt man 17 Jahre im Fall von Heizöl bzw. 21 Jahre im Fall von Erdgas, um die Investition von 3.000 Euro durch die Energiekosten wieder einzusparen. Viele Quellen gehen bei der Berechnung der Wirtschaftlichkeit davon aus, dass die Energiepreise jedes Jahr deutlich steigen. Die Wirklichkeit zeigt aber, dass es in den letzten 15 Jahren keine nennenswerten Preissteigerungen gab. Erst durch die Einführung der CO2-Steuern ab 2021 im Klimaschutzpaket ist in Deutschland ein Anstieg der Brennstoffpreise zu erwarten. Die weitere Entwicklung der CO2 Steuern ist noch nicht abzusehen.
Die Wartung einer solarthermischen Anlage ist einfach durchzuführen. Ab und zu sollte kontrolliert werden, ob der Anlagendruck noch korrekt eingestellt ist oder durch undichte Stellen zu niedrig ist. Nach ca. 10 Jahren sollte die Wärmeträgerflüssigkeit ausgetauscht werden, da diese mit der Zeit altert und dann unter Umständen den Frostschutz nicht mehr sicherstellt. Die Dämmung der Rohre im Außenbereich kann durch UV-Strahlung oder durch Tiere (Marder, Vögel) beschädigt sein. Dies sollte ebenfalls ab und zu überprüft werden. Ansonsten kann eine solarthermische Anlage bis zu 30 Jahre ohne Störungen im Betrieb sein.
Fazit
Die Berechnung kann mit einer einfachen Regel überprüft werden: oft findet man eine Faustregel, dass ein Solarkollektor bei optimaler Auslegung pro m² ca. 40 Liter Heizöl einsparen kann. Eine Familie mit 4 Personen müsste 6 m² installieren und spart damit 240 Liter Heizöl im Jahr. Unter der Annahme der bereits beschlossenen CO2-Steuer steigt der Preis für Heizöl von 70 Cent auf 88 Cent pro Liter bis 2025. Einsparung von 211 Euro. Dies entspricht der obigen Berechnung. Damit sich eine Solaranlage unter diesen Bedingungen innerhalb von 20 Jahren rechnet, müssen die Kosten unter 4200 Euro liegen.
Trotz der relativ hohen Kosten gibt es gute Gründe für die Installation eines Solarkollektors:
- Es ist von weiter steigenden CO2-Preisen auszugehen
- Im Zeitalter der Negativzinsen lohnt sich eine Investition auch wenn sich diese erst nach einem langen Zeitraum amortisiert
- In Neubauten sind Solarkollektoren oft notwendig, um die Energieeinsparverordnung erfüllen zu können
- Mit einem Solarkollektor kann der Energieverbrauch nachhaltig reduziert werden