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Was ist Solarthermie?
Jeden Tag strahlt die Sonne eine Energiemenge auf die Erde, die den Jahresbedarf der Menschheit weit übersteigt. Die Solarthermie ermöglicht es, diese erneuerbare Energie in umweltfreundlichen Strom umzuwandeln.
Solarthermische Energie nutzt Sonnenstrahlen zur Erzeugung von Wärmeenergie. In Solarthermie-Anlagen kann Sonnenenergie beispielsweise mit speziellen Spiegeln auf einen Punkt konzentriert werden, um hohe Temperaturen zu erzeugen, die dann zur Stromerzeugung genutzt werden.
Es ist wichtig, zwischen solarthermischen Anlagen und photovoltaischen Anlagen zu unterscheiden. Im Wesentlichen liegt der Unterschied zwischen den beiden Systemen darin, dass Photovoltaik elektrischen Strom erzeugt, während Solarthermie warmes Wasser bereitstellt. Beide Technologien nutzen also die Energie der Sonne, jedoch auf unterschiedliche Weise.
Wie funktioniert Solarthermie?
Eine Solarthermie-Anlage nutzt die Sonne, um Wasser für den Haushalt zu erwärmen oder die Heizung zu unterstützen. „Thermie“ bedeutet Wärme und beschreibt genau, was diese Technologie leistet: Wärme erzeugen. Dazu werden Sonnenkollektoren, auf dem Dach angebracht. Diese Kollektoren haben dunkle Flächen, die die Sonnenstrahlen absorbieren.
Die Sonnenstrahlen erwärmen eine spezielle Flüssigkeit in den Kollektoren. Diese Flüssigkeit zirkuliert dann durch das System und trägt die Wärme in einen Speicher. Dort überträgt ein Wärmetauscher die Wärme an das Wasser, das wir zu Hause nutzen – sei es zum Duschen, Waschen oder Heizen. Während der sonnenreichen Monate kann eine Solarthermie-Anlage oft das ganze Trinkwasser erwärmen. In kälteren Monaten trägt sie immer noch einen bedeutenden Teil zur Warmwasserbereitung bei, der Rest wird üblicherweise von der Heizung übernommen. er
Typen von Solarthermieanlagen
Ein Kollektor absorbiert die Solarwärme und überträgt sie auf ein entsprechendes Wärmetransportmittel, (Solarflüssigkeit). Drei Kollektortypen unterscheidet man bei Solarthermie-Anlagen:
Röhrenkollektoren
Ein Röhrenkollektor ist eine Variante in der Solarthermie, die sich durch besondere Effizienz auszeichnet. Anders als Flachkollektoren nutzen Röhrenkollektoren Glasröhren, in denen der Absorber eingebettet ist, um die Sonnenenergie zu fangen. Diese Röhren sind evakuiert, das heißt, sie sind luftleer gemacht worden, um ein Vakuum zu schaffen. Dieses Vakuum wirkt als exzellente Isolation und minimiert den Wärmeverlust, indem es die Luftbewegung zwischen der inneren Absorberschicht und dem äußeren Glas stoppt.
Innerhalb dieser Röhren wird die Wärme auf eine Trägerflüssigkeit übertragen, die dann die gesammelte Energie zum Wärmespeicher transportiert. Röhrenkollektoren können in verschiedenen Typen vorliegen:
- Direkt durchströmte Röhrenkollektoren: Hier fließt der Wärmeträger direkt durch die Röhren, die den Absorber umgeben. Ein Vorteil dieses Systems ist, dass die Röhren drehbar sind, was es ermöglicht, den Winkel der Kollektoren zu variieren, um auch auf weniger ideal ausgerichteten Dächern eine hohe Effizienz zu erzielen.
- Heatpipe Vakuumröhrenkollektoren: Bei dieser Art von Kollektor wird ein spezielles Medium im Absorberrohr erhitzt, welches dann verdampft. Der Dampf steigt nach oben und gibt seine Wärme an den Wärmeträger ab, bevor er abkühlt, sich verflüssigt und zurück in den unteren Teil des Rohres sinkt. Diese Kollektoren benötigen eine bestimmte Neigung bei der Installation, um effektiv zu arbeiten, was sie weniger flexibel in der Montage macht als direkt durchströmte Modelle.
Flachkollektoren
Ein Flachkollektor ist eine weit verbreitete Form der Solarthermie-Nutzung und macht aktuell etwa 70 Prozent des deutschen Marktes aus. Er zeichnet sich durch eine einfache, robuste Bauweise, hohe Effektivität und niedrige Kosten aus. Man findet Flachkollektoren meist auf Dächern, manchmal auch an Fassaden oder im Garten, um Sonnenlicht optimal einzufangen. Sie werden hauptsächlich zur Erwärmung von Wasser und zur Unterstützung von Heizsystemen verwendet und haben einen zuverlässigen Wirkungsgrad zwischen 60 und 85 Prozent.
Der flache Solarthermie-Kollektoren bestehen aus einem Absorber, einem Gehäuse, einer Abdeckung aus speziellem Glas und Isoliermaterial. Der Absorber, oft blau oder schwarz gefärbt und aus Materialien wie Kupfer, Aluminium oder Glas gefertigt, ist das Herzstück. Er ist mit Röhren durchzogen, die die Sonnenstrahlen in Wärme umwandeln. Seine spezielle Beschichtung maximiert die Wärmeaufnahme und minimiert die Wärmeabgabe.
Die Isolierung des Kollektors an der Rückseite und den Seiten hält die Wärme im System. Die so erzeugte Wärme wird dann durch eine Flüssigkeit, die meist aus Wasser und Frostschutzmittel besteht, vom Kollektor zum Speicher transportiert. Abhängig von der Art der Nutzung der Solarthermie-Anlage können die Anforderungen an den Speicher variieren. Bei Systemen, die ausschließlich Warmwasser erzeugen, sind die Speicher anders konzipiert als bei solchen, die zusätzlich die Heizung unterstützen. Letztere sind in der Regel größer, um mehr Wärme speichern zu können.
Luftkollektoren
Luftkollektoren, besonders beliebt in den USA und zunehmend auch in Europa, sind eine Art von Solarthermieanlage, die sich von Flach- oder Röhrenkollektoren dadurch unterscheidet, dass sie Luft statt einer Flüssigkeit zum Sammeln von Wärme nutzen. Sie benötigen im Allgemeinen mehr Platz, da Luft ein größeres Volumen für den Wärmetransport erfordert. In einem gut isolierten Gehäuse fängt ein Absorber die Sonnenwärme ein, während eine Glasscheibe das System abschließt.
Im Gegensatz zu anderen Kollektoren, die eine Flüssigkeit erwärmen, heizt der Luftkollektor direkt die Luft auf. Diese erwärmte Luft wird dann mithilfe von Ventilatoren, die elektrische Energie benötigen, durch das System bewegt. Obwohl dies die Energiebilanz beeinträchtigt, kann die Verwendung von Photovoltaik zur Stromversorgung der Ventilatoren die Effizienz verbessern. Luftkollektoren sind besonders für die Erwärmung großer Räume wie Lagerhallen, Sporthallen und Schwimmbäder sowie für die Trocknung landwirtschaftlicher Produkte und die Belüftung von Wohngebäuden geeignet.
Obwohl sie mehr Platz benötigen und weniger effizient in der Warmwasserbereitung sind, haben Luftkollektoren Vorteile, wie die Vermeidung von Korrosion und Einfrieren, was sie in bestimmten Situationen zu einer bevorzugten Wahl macht. Ein gut gedämmtes Haus kann effektiv mit einem solchen System ausgestattet werden, und der Einbau eines Filters kann den Kollektor vor Verschmutzung schützen und die Luftfeuchtigkeit reduzieren, um Schimmelbildung zu verhindern.
Anwendungsbereiche von Solarthermie
Solarthermie bietet eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten und wird zunehmend für verschiedene Zwecke eingesetzt. Die bekannteste Nutzung ist die Bereitstellung von Warmwasser in Haushalten. Hierbei fangen Sonnenkollektoren, insbesondere Voll-Vakuumröhrenkollektoren, die Sonnenenergie ein und wandeln sie in Wärme um, die dann das Wasser erwärmt. Diese Methode ist besonders effizient, da der Warmwasserbedarf im Haushalt relativ konstant bleibt und auch im Winter gute Erträge liefert.
In größeren Maßstäben unterstützt Solarthermie auch die Nahwärmeversorgung für Wohnsiedlungen, Gemeinden oder Bioenergiedörfer. Hierbei wird die lokal erzeugte Wärme über Netzwerke zu den Verbrauchern gebracht. Die Integration von Solarthermie in diese Netzwerke erhöht die Nachhaltigkeit, besonders wenn große saisonale Wärmespeicher zum Einsatz kommen. Abgesehen von ihrer Energieeffizienz fördern solche Systeme auch die lokale Wirtschaft.
Ein weiterer Bereich ist die solare Prozesswärme für die Industrie. Der industrielle Bereich hat ein enormes Potenzial für Solarthermie, vor allem bei Prozessen, die niedrige bis mittlere Temperaturen benötigen. Solarthermie kann hier einen wesentlichen Beitrag leisten, um Energie für verschiedene industrielle Prozesse zu liefern, wie zum Beispiel Trocknen, Waschen oder Sterilisieren in Brauereien, Wäschereien oder in der Landwirtschaft.
Beim solaren Heizen wird Solarthermie genutzt, um die Raumheizung zu unterstützen oder zu betreiben. Oft wird diese Methode mit der Warmwasserbereitung kombiniert, um eine umfassende Energieversorgung zu gewährleisten. Auch wenn es seltener der alleinige Heizmodus ist, trägt solares Heizen zur Verringerung des Energiebedarfs und der Kosten bei.
Zuletzt wird Solarthermie auch für solare Poolheizungen verwendet. Sie nutzen die Sonnenenergie, um das Wasser in Schwimmbädern und Pools zu erwärmen, was die Badesaison verlängern kann. Obwohl die solare Poolheizung in kälteren Monaten oder bei ganzjährig genutzten Schwimmbädern durch zusätzliche Wärmequellen ergänzt werden muss, reduziert sie dennoch deutlich die Heizkosten.
Vorteile und Nachteile von Solarthermie
Es gibt zahlreiche Gründe, die für die Installation einer thermischen Solaranlage sprechen. Die Nutzung von Sonnenenergie zum Heizen und für Warmwasser ist eine umweltfreundliche, nachhaltige Wahl, die dem Klima zugutekommt. Trotz der vielen Vorteile ist die Anfangsinvestition beträchtlich, und es gibt bestimmte Situationen, in denen sich die Anschaffung vielleicht nicht rentiert. Um eine fundierte Entscheidung zu treffen, ist es wichtig, die Argumente für und gegen eine Solarthermieanlage sorgfältig und realistisch zu bewerten.
Vorteile von Solarthermie
- Ausgereifte Technik: Solarthermieanlagen sind technisch ausgereift und bekannt für ihre Langlebigkeit und geringen Wartungsanforderungen. Regelmäßige Sichtprüfungen helfen, größere Schäden zu vermeiden, und es wird eine Lebensdauer von mindestens 25 Jahren erwartet.
- Hoher Wirkungsgrad: Solarthermieanlagen nutzen die Sonnenenergie effizient und haben einen hohen Wirkungsgrad, vor allem im Vergleich zu Photovoltaikanlagen. Die Effizienz steigt noch weiter, wenn sie mit modernen Heizsystemen wie Brennwertkesseln oder Wärmepumpen kombiniert werden.
- Einsparung auch im Winter: Auch in den Wintermonaten, wenn die Sonne schwächer scheint und in einem ungünstigeren Winkel steht, sind Solarthermieanlagen aktiv. Sie können bis zu 20 Prozent der Heiz- und Warmwasserkosten einsparen, selbst in der kalten Jahreszeit.
- Fördermittel für die Finanzierung: Die Bundesregierung unterstützt die Installation von Solarthermieanlagen mit Fördermitteln und günstigen Krediten, vor allem wenn sie zur Heizungsunterstützung beitragen. Diese finanziellen Anreize erleichtern die Entscheidung und Investition in diese umweltfreundliche Technologie.
Nachteile von Solarthermie
- Solarthermie im Winter: Der Hauptnachteil der Solarthermie ist ihre Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung. Gerade im Winter, wenn die Wärme am meisten benötigt wird, ist die Leistung am geringsten. Das bedeutet, dass man in der Regel von Oktober bis April auf andere Energiequellen angewiesen ist.
- Abhängigkeit vom Standort: Nicht alle Dächer oder Standorte sind für Solarthermie geeignet. Probleme können durch eine nordwärts gerichtete Dachausrichtung oder Verschattung durch nahe Bäume oder Gebäude entstehen, die die Effizienz der Anlage beeinträchtigen. Während sich die Dachneigung meist anpassen lässt, sind andere Standortfaktoren oft schwer zu ändern.
- Hohe Anfangsinvestition: Solarthermieanlagen erfordern eine stattliche Anfangsinvestition, auch wenn Fördermittel die finanzielle Last mindern können. Zwar sinken die Kosten dank technischer Fortschritte und zunehmender Produktion, dennoch ist eine langfristige Perspektive notwendig, um die Investitionskosten wieder einzuspielen.
Wissenswertes über Solarthermie
Solarthermie Förderung und Bezuschussung 2024
BAFA-Förderung für bestehende Gebäude
Über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG EM) bietet der Staat Zuschüsse von 25 Prozent für thermische Solaranlagen. Diese Zuschüsse können beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) beantragt werden. Für Wohngebäude sind Kosten bis zu 60.000 Euro pro Jahr (bis zu insgesamt 600.000 Euro) anrechenbar, während für Nichtwohngebäude bis zu 1.000 Euro pro Quadratmeter (maximal fünf Millionen Euro) geltend gemacht werden können.
Förderung unabhängig vom Verwendungszweck
Egal, ob Sie die Solarthermieanlage zur Heizungsunterstützung oder Warmwasserbereitung verwenden, die Förderung steht Ihnen zur Verfügung. Wichtig ist, dass die Investitionskosten mindestens 2.000 Euro betragen und die Anlage technische Mindestanforderungen erfüllt.
Vielfalt der förderbaren Kollektortypen
Unabhängig davon, ob Sie sich für Flach-, Röhren- oder Luftkollektoren entscheiden, sind alle förderfähig. Die Voraussetzung ist, dass die Kollektoren effizient sind, aber es gibt keine spezifischen Mindestanforderungen für Flächen oder Deckungsgrade.
Kombination mit anderen Heizsystemen
Die Förderung gilt auch, wenn Solarthermie mit anderen Heizsystemen wie Öl- oder Gas-Brennwerttechnik und Wärmepumpen kombiniert wird. Die Förderraten variieren je nach Konfiguration, wobei separate Anträge erforderlich sind.
Extra-Förderung durch Austauschprämie
Ersetzen Sie eine ältere Heizung durch Sonnenkollektoren, kann die Förderung um zusätzliche 10 Prozent steigen. Dies gilt, wenn Sie komplett auf den Einsatz fossiler Brennstoffe verzichten.
Antragsprozess und Fristen
Für die Inanspruchnahme der Förderung müssen Sie sich vor Auftragsvergabe an das BAFA wenden. Nach Erhalt des Zuwendungsbescheids haben Sie bis zu 48 Monate Zeit, um die Installation abzuschließen und die Förderung zu erhalten.
Zusätzliche Förderungen für Umfeldmaßnahmen
Neben der Förderung der Solarthermieanlage selbst können auch Kosten für begleitende Maßnahmen wie Rüstarbeiten oder bautechnische Voruntersuchungen bezuschusst werden.
Diese Fördermöglichkeiten machen Solarthermie zu einer attraktiven Option für all jene, die auf erneuerbare Energien umsteigen und gleichzeitig die damit verbundenen Kosten senken möchten.
Solarthermie in Deutschland: Aktuelle Lage und Zukunftsaussichten
Im Jahr 2022 trug die Solarthermie mit etwa 5 Prozent zur Wärmeversorgung aus erneuerbaren Energien in Deutschland bei, was einer Menge von ungefähr 9.733 GWh entspricht. Dies führte zur Vermeidung von rund 2,6 Millionen Tonnen Treibhausgasen, unter Berücksichtigung der Herstellung und Betriebsstoffe der Anlagen. Zusätzlich wurden etwa 1.175 Tonnen an säurebildenden Stoffen eingespart. Im Vergleich zu Biomasseverfeuerungsanlagen bietet Solarthermie umweltfreundlichere Alternativen, da sie keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion darstellt und keine Emissionen während des Betriebs erzeugt. Allerdings deckt Solarwärme nur einen Teil des Gesamtenergiebedarfs ab.
Ab 2024 verlangt das Gebäudeenergiegesetz (GEG) in Deutschland, dass 65 Prozent der Energie in Neubauten aus erneuerbaren Quellen stammen müssen, was sich ab Mitte 2026 auch auf Bestandsgebäude erstrecken wird. Solarthermie kann eine Schlüsselrolle in der Einhaltung dieser Vorschriften spielen. Für kleinere Wohngebäude werden 0,07 m² Kollektorfläche pro m² beheizter Fläche gefordert, für größere Gebäude 0,06 m². Der Rest der Heizleistung muss mindestens 60 Prozent erneuerbare Energie nutzen. Zudem unterstützt das BAFA den Einsatz von Solarthermie in bestehenden Gebäuden, insbesondere wenn sie zur Heizungsunterstützung beitragen.
Die Zahl der neu installierten Solarthermieanlagen ist in den letzten Jahren rückläufig, nach einem Höhepunkt im Jahr 2012 mit rund 1,2 Millionen m² neuer Kollektorfläche. Im Jahr 2022 wurden etwa 91.000 neue Anlagen installiert, was einer Fläche von ungefähr 710.000 m² entspricht. Insgesamt beträgt die installierte Kollektorfläche in Deutschland nun 22,1 Millionen m². Der Umsatz am Endkundenmarkt betrug 2022 etwa 930 Millionen Euro, nach einem Höchststand von 1,7 Milliarden Euro im Jahr 2008.
Die Solarthermie steht in Deutschland vor Herausforderungen wie einer sinkenden Installationsrate, aber auch vor Chancen durch verstärkte gesetzliche Förderungen und das wachsende Bewusstsein für Umweltschutz. Die Technologie ist ein wichtiger Bestandteil der erneuerbaren Energiewende mit Zukunftspotenzial.
Fazit
Solarthermie nutzt die üppige Energie der Sonne, um in deutschen Haushalten und Industrien umweltfreundlich Wärme zu erzeugen. Sie bietet ein großes Spektrum an Anwendungen von der Warmwasserbereitung über die Raumheizung bis hin zur Poolheizung. Trotz ihrer Vorteile wie hoher Wirkungsgrad, Langlebigkeit und der Möglichkeit, erheblich CO2-Emissionen zu reduzieren, sieht sich die Technologie Herausforderungen wie saisonalen Schwankungen und hohen Anfangsinvestitionen gegenüber und ist damit weniger etabliert als andere erneuerbare Energien. Förderprogramme bieten jedoch finanzielle Anreize, die die Attraktivität von Solarthermie steigern. Obwohl die Marktpräsenz in den letzten Jahren abgenommen hat, unterstreicht die gesetzliche Förderung und die Notwendigkeit zur Dekarbonisierung die Rolle der Solarthermie als eine wichtige Komponente in Deutschlands Energiewende mit positiven Aussichten für die Zukunft.
Häufig gestellte Fragen
Solarthermie nutzt Sonnenenergie zur Erzeugung von Wärme und ist vor allem für Warmwasserbereitung und Raumheizung im Einsatz. Im Gegensatz dazu wandelt Photovoltaik Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um. Solarthermie konzentriert mit Spiegeln Sonnenstrahlen auf einen Punkt, um hohe Temperaturen zu erzeugen, während Photovoltaik Sonnenlicht in Strom umwandelt.
Solarthermieanlagen nutzen Sonnenkollektoren, die auf dem Dach montiert sind, um Wärme zu erzeugen. Diese Kollektoren absorbieren Sonnenstrahlen, die eine spezielle Flüssigkeit in den Kollektoren erwärmen. Die erwärmte Flüssigkeit zirkuliert dann durch das System und überträgt die Wärme auf das häusliche Wasser über einen Wärmetauscher im Speicher. So wird das Wasser für den Haushalt erwärmt.
Die Vorteile von Solarthermie sind vielfältig: Sie ist eine ausgereifte, umweltfreundliche Technologie mit hohem Wirkungsgrad und kann erheblich zur Reduzierung von CO2-Emissionen beitragen. Sie ermöglicht auch Einsparungen im Winter und wird staatlich gefördert. Solarthermieanlagen sind zudem bekannt für ihre Langlebigkeit und geringen Wartungsanforderungen.
Zu den Herausforderungen gehören die Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung, die besonders im Winter zu geringerer Leistung führt, die Notwendigkeit einer geeigneten Dachausrichtung und Verschattungsfreiheit, sowie die relativ hohen Anfangsinvestitionen. Trotz staatlicher Förderungen muss eine langfristige Perspektive eingenommen werden, um die Anfangsinvestitionen wieder einzuspielen.
