Solarthermie im Winter funktioniert!

Aktuell liegt ganz Deutschland unter einer geschlossenen Schneedecke. Viele Dächer sind zentimeterhoch mit Schnee bedeckt. Wer jetzt ans Heizen mit einer Sonnenheizung denkt, fragt sich mit Sicherheit: Funktioniert Solarthermie im Winter? Kommt Sonnenstrahlung überhaupt in ausreichender Menge durch die Schneedecke auf den Kollektoren an? Was leistet Solarthermie bei Schnee und Eis? Fragen über Fragen. Die wir hier beantworten. 

Wer verstehen will, wie eine Solarthermieanlage auch im Winter heizen kann, muss sich zunächst etwas mit Physik beschäftigen. Keine Sorge, wir haben das schon für euch erledigt! Hier kommt das physikalische Wissen, das für unser Thema “Solarthermie im Winter” wichtig ist – wie immer kurz und verständlich erklärt.

So funktioniert eine Solarthermieanlage

Eine Solarthermieanlage nutzt die Energie der Sonne, um Wärme zu erzeugen. Dafür sammelt sie Sonnenstrahlung mit speziellen Kollektoren auf dem Dach ein. Diese Strahlung wird im Solarthermiekollektor in Wärme umgewandelt und über eine Flüssigkeit (in unseren Paradigma Hochleistungskollektoren ist das pures Wasser) zu einem Wärmespeicher transportiert. Der “puffert” die Wärme für die Bereitstellung von Warmwasser und – je nach Auslegung der Anlage – auch zur Unterstützung der Heizung. Die Solarthermieanlage arbeitet automatisch und ergänzt meist ein bestehendes Heizsystem. Das heißt: Sie ersetzt es nicht vollständig, senkt aber über das Jahr hinweg die Wärmemenge der Hauptheizung und damit Heizkosten und CO₂-Emissionen. Der Grund für die Kostenersparnis: Sonnenenergie ist gratis.

Die Sonne schickt keine Wärmeenergie und trotzdem funktioniert Heizen mit Solarwärme

So manche:r geht davon aus: Solarthermie funktioniert im Winter nicht oder nicht gut, denn die Sonne schickt dann einfach zu wenig Wärme. Diese Annahme ist zwar verständlich, aber physikalisch falsch. Und genau das verursacht ein großes Missverständnis rund um Solarthermie.

Mythos 1: Die Sonne schickt Wärmestrahlen zur Erde

Oft ist von „Wärmestrahlung der Sonne“ die Rede. Das klingt logisch, ist aber ungenau. Die Sonne strahlt keine Wärme ab. Sie sendet stattdessen elektromagnetische Strahlung – und zwar ausschließlich in Form von Photonen, also Lichtteilchen. Die Sonne liefert uns demnach keine Wärmeenergie (thermische Energie), sondern Lichtenergie.

Diese Photonen:

• fliegen durch den Raum,
• tragen Energie (“Energiepakete”),
• sind selbst aber nicht warm.

Wärme entsteht erst dann, wenn diese Photonen auf Materie treffen, ihre Energie dort abgeben und die Materie diese absorbiert.

Warum wir das Licht der Sonne als Wärme spüren

Wenn Sonnenstrahlen auf eure Haut, euer Hausdach oder einen Solarthermiekollektor treffen, der darauf installiert ist, geben die Photonen ihre Energie an das Material ab. Die Atome und Moleküle im Material geraten stärker in Bewegung. Diese Bewegung setzt Energie frei. Auf der Haut spüren wir sie als Wärme. Deshalb fühlt sich:

• ein schwarzer Pullover in der Sonne wärmer an als ein heller (schwarzes Material absorbiert mehr Strahlen als helles, da es weniger Sonnenstrahlung zurückwirft (reflektiert)) ,
• ein Stein schneller warm an als Luft,
• ein Solarthermiekollektor besonders schnell warm an.

Die Wärme entsteht also erst im Material, nicht auf dem Weg von der Sonne zur Erde. Mehr dazu:

Was ist ein Sonnenstrahl und wie transportiert er Energie von der Sonne?

Und was bedeutet das für Solarthermie im Winter?

Hier kommt der entscheidende Punkt für Solarthermie:

• Auch im Winter treffen Photonen auf die Erde auf.
• Auch bei Kälte gibt es Sonnenstrahlung.
• Selbst bei bedecktem Himmel kommt Energie an.

Man unterscheidet dabei:

• direkte Strahlung (wenn die Sonne sichtbar ist)
• diffuse Strahlung (wenn Licht in der Atmosphäre gestreut wird, etwa von Wolken)

Beide Strahlungen besteht aus denselben Photonen. Der Unterschied liegt nur darin, wie gebündelt und wie energiereich sie ankommen.

Für Solarthermie heißt das: Die Anlage kann auch dann arbeiten, wenn es kalt ist – solange Strahlung vorhanden ist.

Wie Solarthermie diese Strahlung nutzt: Schritt für Schritt erklärt

Eine Solarthermieanlage macht nichts anderes, als diesen physikalischen Effekt gezielt auszunutzen:

1. Sonnenstrahlung trifft auf den Kollektor
2. Eine spezielle Oberfläche (Absorber) nimmt die Photonen auf
3. Die Energie der Photonen wird in Wärme umgewandelt
4. Eine Solarflüssigkeit transportiert die Wärme zum Speicher
5. Dort steht sie für Warmwasser und/oder Heizungsunterstützung zur Verfügung

Die Außentemperatur entscheidet dabei nicht, ob die Anlage funktioniert.
Sie beeinflusst lediglich, wie schnell Wärme wieder verloren geht.

Mythos 2: Bei Kälte funktioniert das Heizen mit Solarthermie nicht

Ein weiterer Irrtum: Je kälter es draußen ist, desto schlechter arbeitet Solarthermie. So einfach ist es nicht. Tatsächlich gilt: Kälte erhöht zwar die Wärmeverluste, gleichzeitig kann ein klarer, kalter Wintertag sehr viel Strahlung liefern. Unsere Paradigma Partnerbetriebe haben dafür längst Belege geliefert, schaut mal hier:

• Lohnt sich Solarthermie im Winter? Ja – diese Bilder sind der Beweis!
• Was bringt Solarthermie im Winter?
• Winter-Experimente am Solarprüfstand: Wasser-Glykol-Gemisch vs. Wasser
• Warum wassergefüllte Kollektoren im Winter nicht einfrieren

Deshalb kann Solarthermie an sonnigen Wintertagen durchaus relevante Beiträge leisten: für die Warmwasserbereitung und zur Entlastung des Heizsystems.

Unterschiedliche Kollektoren – unterschiedliche Leistung

Wie gut Solarthermie im Winter mit wenig(er) Strahlung und niedrige(re)n Temperaturen als im Sommer zurechtkommt, das hängt auch vom Kollektortyp ab. Die zwei wichtigsten Typen stellen wir euch jetzt kurz vor:

Flachkollektoren

• robuste, weit verbreitete Technik
• nutzen direkte und diffuse Strahlung
• etwas höhere Wärmeverluste bei sehr kalten Temperaturen

Vakuumröhrenkollektoren

• sehr gute Dämmung dank des namensgebenden Vakuums
• geringere Wärmeverluste
• besonders effizient bei wenig Sonne und Kälte

Beide Systeme funktionieren im Winter. Röhrenkollektoren holen unter schwierigen Bedingungen meist mehr heraus – sind dafür aber auch teurer. Mehr zu Kollektortypen steht hier: “Heiße Typen im Vergleich: Kollektortypen – Grundlagenwissen für Einsteiger“.

Was Solarthermie im Winter wirklich leistet

Solarthermie ist meist keine Winterheizung im Alleingang. Das wäre ein falsches Versprechen. Und das ist nicht unser Ding.

Realistisch ist:

• Unterstützung der Warmwasserbereitung
• Entlastung des Hauptheizsystems an sonnigen Tagen
• Senkung von Brennstoff- oder Stromverbrauch über die Saison

Dieses Projekt des Monats unseres Partner-Handwerksbetriebs Hofer Haustechnik GmbH zeigt euch konkret, was eine Paradigma Solarthermieanlage im Winter zu leisten vermag:

Projekt des Monats 1: Sonne soll Hauptenergiequelle sein!

Unrealistisch ist:

• vollständige Raumheizung im tiefen Winter
• gleichmäßige Leistung an jedem trüben Tag

Solarthermie ist kein Alleskönner – aber ein verlässlicher Baustein eines erneuerbaren Heizsystems. Mehr dazu lest ihr hier:

• Solarwärmepumpe: Heizen mit Wärmepumpe plus Solarthermie – 5 Vorteile
• Wärmepumpe plus Solarthermieanlage: Erneuerbare Wärme satt!
• Unsere Solarthermie-Anlage des Monats: Pellets plus Solar (eine Bildergeschichte)

Warum der Winter Teil der Erfolgsgeschichte von Solarthermie ist

Der Beitrag von einer Solarthermieanlage zur Wärmeerzeugung wird nicht an einem einzelnen Januartag bewertet, sondern über das ganze Jahr hinweg. Ihre Stärke liegt im Zusammenspiel von:

• sehr hohen Sommererträgen,
• starken Beiträgen in der Übergangszeit,
• und unterstützender Wirkung im Winter.

Wer nur fragt, was Solarthermie im Winter allein leistet, verpasst das große Ganze.

Unser Fazit – beruhend auf echten Erfahrungen

Die Sonne schickt keine Wärme zur Erde. Sie schickt Licht (Photonen).
Solarthermie nutzt dieses Licht – auch im Winter – und macht daraus nutzbare Wärme. Ohne Übertreibung. Ohne falsche Erwartungen. Aber mit solider Technik, klarer Physik und einem festen Platz in der Wärmewende.

Im nächsten Teil dieser Serie zu “Solarthermie im Winter” beantworten wir die Winterfrage schlechthin: “Was ist zu tun, wenn eure Solarthermieanlage zugeschneit ist?” Bleibt dran!

Fotos und Grafiken: Paradigma