Das Drama um die Aperturfläche – ein Insiderinterview

Ihr werdet es nicht glauben, aber hinter den Kulissen der Solarthermieindustrie gibt es rund um ein Wort, das kein Mensch wirklich versteht, heiße Diskussionen. Wir möchten euch heute etwas Einblick in diese Szene geben und sprechen mit einem Experten, der wirklich weiß, was in den Normungsausschüssen (ein Gremium welches entscheidet wie z. B. Datenblätter und Kollektortests sein müssen) geschieht. Kürzlich habe ich erfahren, dass es eine heiße Diskussion um das Thema Bruttokollektorfläche vs. Aperturfläche gibt. Wir haben hier im Blog schon einige Artikel, die die Begriffe erklären geschrieben. In den Links könnt ihr das noch einmal nachlesen. Die Kurzform lautet:

Bruttofläche sind die Außenmaße eines Kollektors, die Absorberfläche ist jene Fläche des Kollektors mit dem wirklich Energie erzeugt wird.  Und die Aperturfläche ist per Definition die größte projizierte Fläche, durch die unkonzentrierte Sonnenstrahlung in den Kollektor eintritt. Jeder kann sich nun überlegen, was damit gemeint ist. Flachkollektoren und  CPC Vakuumröhrenkollektoren mit gewölbten Spiegeln hinter den Röhren, die das Sonnenlicht auf die Röhren lenken, haben in der Praxis ca. 85-90% Aperturfläche, bei Röhrenkollektoren ohne Spiegel sind es je nach Röhrenabstand nur 50-75%.

Nun ist es so, dass der allgemeine Begriff Kollektorfläche wie ihr seht ein sehr kompliziertes Thema ist, und man sich endlich geeinigt hat, nur die Bruttokollektorfläche (also einfach die Außenmaße) als Maß aller Dinge also auch für die Leistungskennwerte heranzuziehen. Einige scheinen sich dagegen noch zu wehren und da mir das alles viel zu kompliziert ist, habe ich mir einen Profi geholt, der uns das Drama um die Aperturfläche nochmal genauer erklärt:

Dipl.-Ing. Stefan Abrecht ist Geschäftsführer der Solar Experience GmbH und technischer Berater für Solarthermiekollektoren. Als Mitarbeiter der zuständigen Arbeitsgruppe Kollektoren hat er die neue Kollektornorm ISO 9806 mit auf den Weg gebracht.

Herr Abrecht, können Sie in wenigen Sätzen erklären,  wie es dazu kam, dass die Bruttokollektorfläche die Aperturfläche als Bezugsgröße für Sonnenkollektoren abgelöst hat?

In wenigen Sätzen eine solche von Glaubenskriegen begleitete Entwicklung darzustellen ist wie die Quadratur des Kreises, dennoch wage ich einen Versuch.  Aufgrund der zunehmenden Internationalisierung des Solarthermiemarktes und der Konflikte bezüglich der weltweiten Anerkennung von Kollektortests waren sich die versammelten internationalen Solarexperten auf einer Sitzung in Kassel im Herbst 2011 einig, dass es nur eine einzige Norm geben soll, die als Grundlage für Bewertungen und natürlich auch für Zertifizierungsprozesse herangezogen werden sollte. Die Arbeitsgruppe 1 „Kollektoren“ des europäischen Komitees für Normung (CEN TC 312)  erhielt den Auftrag die internationale Norm für Kollektoren „ISO 9806 Sonnenkollektoren – Testmethoden“ auf Basis der europäischen Norm 12975-2 zu erarbeiten. Frühzeitig stellte sich heraus, dass es ohne eine einheitliche Bezugsfläche keinen Konsens geben wird. Die negativen Erfahrungen der letzten 30 Jahre in Europa bei denen sich bereits in den 80- und 90-er Jahren die Protagonisten von Absorberfläche und Aperturfläche immer wieder bekriegten, um so z. T.  unwichtige Vorteile ihrer Produkte besonders herauszustellen, sollten sich nicht wiederholen.  Auch die nicht nachvollziehbare Praxis in Deutschland, dass Fördergelder pro Bruttofläche bezahlt werden, während der Ertragsnachweis auf z. T. deutlich geringere Aperturflächen geführt wurde, spiegelt die Verwirrung bei der Verwendung unterschiedlicher Bezugsflächen wieder. In den USA hingegen hatte man sich bei Zertifizierungsprogrammen schon früh auf die Bruttofläche bei der Bestimmung der Kollektorkennwerte festgelegt und damit gute Erfahrungen gemacht. Nicht zuletzt die Tatsache, dass heute immer mehr Kollektoren auf den Markt kommen, bei denen die Aperturfläche nicht oder nicht eindeutig bestimmbar ist, führte dann auch zur Erkenntnis, dass die Bruttofläche die einzig sinnvolle Referenzgröße sein muss. In dieser Frage konnte so frühzeitig im internationalen Konsens der Experten die Bruttofläche als Referenzfläche festgelegt werden.

Warum ist es besser die Bruttokollektorfläche und nicht die  Aperturfläche als Maß für Datenblätter und Kollektortests heranzuziehen?

Ganz elementar und einfach lässt sich aus Sicht des Käufers sagen, dass er typischerweise eine bestimmte Bruttokollektorfläche kauft,  hierfür eine Förderung pro Bruttofläche gegenrechnen kann und dann auch erwartet, dass diese Fläche einen Ertrag liefert. Den allermeisten ist dabei aktuell nicht klar, dass sich die Kollektorkennwerten und Erträge, sofern diese überhaupt angegeben sind,  auf die Aperturfläche beziehen. So kann es passieren, dass insbesondere Käufer von Kollektoren bei denen das Verhältnis von Aperturfläche zu Bruttofläche ungünstig ist (Bereich ca. 0,5 bis 0,70) zwar eine gute Förderung aber wenig Ertrag bekommen, da die aktive Fläche verhältnismäßig gering ist. Die Einführung der Bruttokollektorfläche stellt also Transparenz her bei der Bewertung von Kollektoren. Damit werden zum ersten Mal die Kosten und der Nutzen auf die gleiche Fläche bezogen und werden so erst ohne zusätzliche Umrechnung vergleichbar. Dieser Erkenntnis wird sich auch die ungerechte Förderpraxis nicht verschließen können, denn Ziel einer Förderung sollte es sein, den Solarertrag  zu fördern und nicht unnütze Fläche auf dem Dach.

Seit wann ist es rechtlich bindend die Bruttokollektorfläche und nicht die Aperturfläche anzugeben? 

Mit Inkrafttreten der ISO 9806 zum 26.10.2013 wurde die bis dahin gültige europäische Norm EN 12975-2 abgelöst. Damit werden alle neuen Kollektortests nach ISO 9806 durchgeführt und damit die Kollektorkennwerte auf Bruttofläche bezogen. Kollektorkennwerte, die in Tests nach EN 12975-2 noch vor dem 26.10.2013 begonnen oder fertigstellt wurden, werden gemäß einer Übergangslösung noch auf Aperturfläche angegeben. Erklärtes Ziel der deutschsprachigen Testinstitute ist es aber, dass alte SolarKeymark Zertifikate bis spätestens 31.12.2015 auf Bruttofläche umgeschrieben werden sollen.

Warum tut sich die Branche damit so schwer?

Das größte Hemmnis für die meisten Hersteller ist sicher die Tatsache, dass sich beim Bezug auf die größere Bruttofläche der sogenannte Konversionsfaktor h_o,  (= Wirkungsgrad bei einer Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Außenluft von 0 K)  verringert.  Dieser Wert wurde in der Vergangenheit ungerechtfertigter Weise oder aus Unkenntnis immer wieder als Gütekriterium und in vielen Ländern auch als Förderkriterium herangezogen. Dass die anderen Kollektorkennwerte wie Wärmedurchgangskoeffizient und Winkelkorrekturfaktoren aber z. T. wesentlich ertragsrelevanter sind, ist den Herstellern zwar bekannt, wird aber gerne von ihnen auch verschweigen nicht zuletzt aufgrund der komplizierten Zusammenhänge. Um im Wettbewerb mit der Photovoltaik zumindest schlagwortartig mitzuhalten, hat man 2006 in die EN 12975-2 auch die Spitzenleistung (Peak power) pro Modul eingeführt. Diese Spitzenleistung und der zughörige Konversionsfaktor sind allerdings mit den kW peak und dem Modulwirkungsgrad beim PV Modul nicht zu vergleichen. Denn während bei der PV der Modulwirkungsgrad weitestgehend unabhängig von der Einstrahlung und der Umgebungstemperatur ist, wird der Wirkungsgrad bei solarthermischen Kollektoren mit höherer Kollektortemperatur und geringerer solarer Einstrahlung kleiner und zwar umso mehr je größer die Wärmedurchgangskoeffizienten sind.  Die Fixierung auf Konversionsfaktor und Spitzenleistung statt auf Ertrag führte große Teile der Branche in die Sackgasse mit möglichst billigen und ertragsarmen Kollektoren. Die pauschale Förderung in Deutschland, die schwache Kollektoren bevorteilt, bestärkte die meisten Firmen in ihrer Haltung und sahen daher lange keine ausreichende Gründe, warum man die Praxis der Vergangenheit ändern sollte. Umgekehrt haben es natürlich innovative Firmen mit ertragsstarken Kollektoren besonders schwer. Warum sich die Branche daher so schwertut ist somit klar, denn wenn sie ehrlich wäre, müsste sie zugeben, dass die Argumente der Vergangenheit einfach falsch waren.

Allerdings nützt diese Haltung heute nichts mehr, denn seit 2012 gibt es nun für SolarKeymark zertifizierte Kollektoren ein zweites Datenblatt auf dem die Standardkollektorerträge  für  Referenzstandorte bei unterschiedlichen Temperaturniveaus für die jeweiligen Modulgrößen angegeben sind.   Damit hat der Kunden heute endlich die Möglichkeit Kollektorerträge abseits der Diskussion um Wirkungsgrade und Bezugsflächen zu vergleichen, was bisher praktisch unmöglich war.

Was ändert sich dadurch für den Endkonsumenten?

Die Umstellung von Apertur auf Bruttofläche ändert am Kollektor selbst und an seiner Leistungsfähigkeit überhaupt nichts. Allerdings kann man am Konversionsfaktor nun besser erkennen, wie effizient das einfallende Licht auf der zur Verfügung stehenden Bruttofläche genutzt wird, damit werden alle Kollektoren erst einmal gleichbehandelt und der Kunde kann mit diesen Werten nicht mehr so getäuscht werden.

Aber Vorsicht:
Solange nicht alle Kollektorzertifikate umgestellt sind (nicht vor Ende 2015), stehen neue Zertifikate nach ISO 9806 bei den alten falschen Argumenten (siehe oben) schlechter da. Daher ist zu erwarten, dass manche Hersteller versuchen werden, die Umschreibung ihrer Zertifikate so lange wie möglich hinauszuzögern, um sich noch einen kleinen zeitlich begrenzten Vorteil zu sichern. Außerdem ist zu erwarten, dass Hardliner auch in Zukunft in ihren Firmenunterlagen vermeintlich vorteilhafte Darstellung von Kollektorkennwerten mit Absorber- und Aperturfläche wählen werden.

Was sollten Endkonsumenten bei der Kollektorwahl berücksichtigen?

Wie bereits erläutert wird die unbefriedigende Situation bei den Kennwerten erst einmal erhalten bleiben und kurzfristig wird sich die Situation noch verwirrender darstellen als bisher durch die parallele Darstellung von alten Kollektortests mit Bezugsfläche Apertur und neuen mit Bezug  Bruttofläche. Für den Endkunden bleibt aber eine ganz klare Vorgehensweise mit der er den für ihn passenden Kollektor findet.

1. Es kommen nur Kollektoren in Betracht, die Solarkeymark zertifiziert sind und das zweite Datenblatt mit den Erträgen bereitstellen (siehe http://solarkey.dk/solarkeymarkdata/qCollectorCertificates/ShowQCollectorCertificatesTable.aspx)
2. Vom ersten Datenblatt wählt man sich die Bruttofläche des gewünschten Kollektormoduls, vom zweiten Blatt sucht man sich den zugehörigen Kollektorertrag für den Referenzstandort Würzburg aus. Für das notwendige Temperaturniveau kann vereinfachend angenommen werden:
   25 °C für reine Schwimbadwassererwärmung
   50 °C für reine Trinkwarmwassererwärmung (Einfamilienhaus)
   75 °C für Warmwasser (Mehrfamilienhaus) und/oder Heizungsunterstützung (EFH+MFH), sowie für die meisten Prozesswärmeanwendungen
3. Nun teilt man den Modulertrag durch die zugehörige Bruttofläche und hat damit ein Vergleichskriterium hinsichtlich der Ertragsstärke, das mit den zugehörigen Kosten dann als Grundlage für eine Kaufentscheidung dient.
4. Was man auf keinen Fall tun sollte:
   Sich vom Hersteller bezüglich der Kollektorkennwerte überzeugen lassen, nur der Referenzertrag ist das einzige vernünftige Kriterium, das der Endkunde objektiv beurteilen kann und das relevant ist. Auch sollte man keinen Hersteller auswählen, der keine Datenblätter mit Erträgen bereitstellt. Hersteller die sich weigern Erträge zu veröffentlichen sind als nicht seriös zu betrachten.

Zu guter Letzt, wie schätzen Sie den Stand der Dinge in der Solarthermiebranche ein? Was müsste passieren, dass hier der richtige Durchbruch und auch die Wärmewende einsetzt?

Von Seiten der Hersteller erwarte ich deutliche Signale, dass man bereit ist Verantwortung für die Erträge von Kollektoren zu übernehmen wie es im Übrigen bei der Photovoltaik längst üblich ist.  Dabei muss sich die Solarthermie nicht verstecken, denn pro Bruttofläche kann mit guten Kollektoren durchaus die 3 fache Menge Energie im Vergleich zur Photovoltaik vom Dach oder der Fassade geholt werden.

Bei der Förderpolitik muss es auch gegen den Widerstand des mächtigen konservativen Teils der Branche, nämlich der großen Heizungshersteller, endlich zu einer ertragsorientierten Förderung kommen, die Innovation und Wettbewerb fördert und nicht durch pauschale Mitnahmeeffekte und Ignoranz die Solarthermie weiter verkümmern lässt.  Im Übrigen hat hier die Solarthermie gegenüber der Photovoltaik auch noch einigen Aufholbedarf, da die massive Unterstützung durch das EEG die Solarthermie um ein Vielfaches benachteiligt hat.

Bei den Kunden aber sehe ich das größte Potenzial, wenn erkannt wird,  dass es heute nicht unbedingt mehr sinnvoll ist das ganze Dach mit PV zu belegen. Strom verkaufen war gestern und ist nicht mehr lukrativ, heute geht es darum intelligent möglichst viel der erzeugten Energie selbst zu verbrauchen. Mit solarthermischen Anlagen ist man da systemtechnisch im Vergleich zur PV im  Vorteil, da diese schon immer darauf ausgelegt waren, die erzeugte Wärme zu 100% an Ort und Stelle zu verwerten.  Mit 20 m² Kollektorfläche auf dem Dach können ca. 6000 kWh Wärme direkt selbst genutzt werden. Eine PV Anlage (2,7 kWp) der gleichen Größe liefert dagegen ca. 2400 kWh Strom wovon aber ohne Batteriespeicher nur ca. 800 kWh selbst verbraucht werden können. Und noch ein Hinweis zum Schluss an alle Solarinteressenten: Der Vorschlag, dass wertvoller PV Strom auch gut zur Direktbeheizung von Warmwasserspeichern genutzt werden kann, ist zwar technisch machbar aber energetischer Unsinn insbesondere wenn es um die bestmögliche Nutzung vorhandener Dachflächen und hohe solare Deckungen geht. PV und Thermie sind die Partner auf den verfügbaren Flächen einer zukünftigen solaren 100% Versorgung und keine Gegner.

Vielen Dank für dieses wirklich ausführliche Interview, welches sicher eher etwas für Profis, als für Laien ist, aber vielleicht hilft die oben beschriebene Anleitung auch so manchem Kunden, der sich eingehend selbst informieren möchten. Uns interessiert natürlich wieder, wie das unsere Leser sehen? Welche Auswirkungen wird diese Änderung im Markt bewirken? Was meint ihr?