Regionales Solarthermie-Potential: Wie viel Heizöl und Heizgas spart Solarwärme?

Regionales Potential von Solarthermie

Das Wort Potential, auch Potenzial, kommt aus dem Lateinischen und bedeutet so viel wie „Stärke“, „Macht“. Ist die Rede von Potential geht es um die Fähigkeit zur Entwicklung, um das Ausschöpfen bislang noch nicht ausgeschöpfter Möglichkeiten. Der Solarthermie-Experte Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Roger Corradini beschäftigt sich seit Jahren mit dem Potential von Solarthermie. Er stellte mir für unser Blog  das spannende Poster  (siehe Titelbild) zur Verfügung (Danke dafür!), das die Ergebnisse seiner „Präsentation: Regionale Solarthermie-Potenziale“ zusammenfasst, die er im Rahmen der FfE-Fachtung 2017 „Perspektiven für ein effizienteres Energiesystem“ vom 5. bis 7. April 2017 in München  abhielt. Das Poster warf bei mir  so manche Fragen auf, die Roger Corradini mir im folgenden Interview beantwortet. Lest selbst, wie wir vorankommen mit dem „Heben des regionalen Solarthermie-Potentials“  – und warum wir dabei stehen, wo wir stehen.

Roger Corradini Solarthermie-Experte im Interview

Solarthermie-Experte Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Roger Corradini im Interview zu regionalen Potentialen von Solarthermie: . Foto: Corradini

Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Roger Corradini – was ist mit dem Begriff „regionales Solarthermie-Potential“ gemeint?

Ich wollte aufzeigen, in welcher Höhe die Solarthermie fossile Energieträger für die Wärmeversorgung von Wohngebäuden vermeiden kann. Das heißt, wie viel Liter (l) Heizöl oder Kubikmeter (m³) Erdgas und damit letztlich wie viel CO2 alleine diese Technologie einsparen kann.

Dies hängt einerseits sehr stark vom Alter und damit dem Dämmstandard des betrachteten Wohngebäudes ab. Andererseits spielt aber auch der Standort eine entscheidende Rolle. Je nachdem, ob es draußen eher kühler ist oder ob die Sonne mehr oder weniger lange und intensiv scheint, ändert sich auch das Einsparpotenzial durch die Solarthermie. Folglich habe ich mir dann regional stark aufgelöst – nämlich für jede einzelne Gemeinde in Deutschland – das Potenzial angeschaut. Die Ergebnisse meiner Untersuchungen können über eine interaktive Landkarte frei zugänglich für jedermann abgerufen werden (vergleiche mittlere Grafik auf Poster).

Karte zur Abfrage des regionalen Solarthermie-Potentials

Solarthermisches Potential im Bestandsgebäude – die von Solarthermie-Experte Corradini erwähnte interaktive interaktive Landkarte ist frei zugänglich für jedermann. Grafik: Corradini

Wieso müssen wir überhaupt immer noch über Solarthermie-Potential sprechen: Ist das nicht längst erkannt?

Wenn man sich die Zubauzahlen der Solarthermie (ST) in den letzten Jahren ansieht, offensichtlich nicht. Denn obwohl es einen starken politischen und gesellschaftlichen Konsens für eine Energiewende gibt, beschränkt sich diese nahezu ausschließlich auf den Stromsektor. Der Verkehrssektor und der dominierende Wärmesektor – 50 Prozent der Energie werden im Wärmebereich verbraucht – werden vernachlässigt, um nicht zu sagen ignoriert. Eine Stromwende alleine wird die Energiewende nicht zum Erfolg führen – wir brauchen schon auch eine Verkehrs- und vor allem eine Wärmewende (vergleiche Grafik auf dem Poster)!

Welcher Energiesektor stellt wie viel Endenergie bereit: Wärme, Strom und Verkehr im Vergleich

Welcher Energiesektor stellt wie viel Endenergie bereit: Wärme, Strom und Verkehr – betrachtet im Vergleich über die Jahre 2012 bis 2015. Grafik: Corradini

Deshalb war es mir wichtig, auf wissenschaftlicher Basis aufzuzeigen, welchen Beitrag die offensichtlich unterschätzte Technologie Solarthermie zur Wärmewende und damit dieser ganzheitlichen Energiewende beitragen kann. Im Bereich der Einfamilienhäuser können Solarthermie-Anlagen mit vergleichsweise überschaubaren Kollektorflächen von 20 Quadratmetern (m²) schon alleine rund 25 Prozent des fossilen Energieträgereinsatzes (= Heizöl oder Erdgas) einsparen. Hierbei ist es wichtig, zu verstehen, dass dies der Wert für die Solarthermie alleine ist – das heißt, ohne gleichzeitige Verbesserung der Wärmedämmstandards der Gebäude durch Fenstertausch, Fassaden-, Keller- oder Dachdämmung. Würde man solche Maßnahmen zusätzlich ergreifen, wäre die Vermeidung noch größer.

Wie kommt’s, dass ein solches Solarthermie-Potential so sehr verkannt, sprich: unterschätzt, wird?

Das ist eine sehr spannende Frage. Solarthermie-Anlagen wurden bereits ab 1990 auf Wohngebäuden in Deutschland gebaut. Mit Photovoltaik-Anlagen (PV-A) hat man eigentlich erst rund zehn Jahre später in ähnlichen Größenordnungen angefangen. Betrachtet man die historische Entwicklung, stellt man fest, dass die Photovoltaik (PV) dann aber deutlich stärker gewachsen ist. Warum? Nun – das lag primär an der über viele Jahre rund zehn Mal so hohen Förderung durch den Staat im Vergleich zur Solarthermie. Photovoltaik war viele Jahre lang eher ein Finanzprodukt als eine regenerative Erzeugungsanlage. 2015 hat die installierte Modulfläche (= PV) auf Einfamilienhäusern dann die Werte der installierten Kollektorfläche (= ST) erreicht. Jetzt kommt es aber: Trotzdem substituieren diese PV-Anlagen immer noch weniger als halb so viel konventionellen Strom, wie die Solarthermie-Anlagen konventionelle Brennstoffe substituieren!

Zu ihrer Eingangsfrage: Mir ist es völlig unbegreiflich, warum eine Technologie, die einen zentralen Schlüssel zur Wärmewende darstellt, immer noch so unterschätzt wird! Sie erzeugt bei gleicher Fläche mehr als doppelt so viel Endenergie und verursacht keine zusätzlichen Kosten für Stromnetze und Kraftwerke – macht also die Energie meines Nachbarn nicht teurer. Durch ein in der Vergangenheit massives und heute noch erhebliches Förderungleichgewicht wird jedoch immer noch verhindert, dass dieses Potenzial als Beitrag zu einer ganzheitlichen Energiewende genutzt wird.

Energierationalität – also Energievernunft gepaart mit Energieökonomie stelle ich mir anders vor.

Wie kann das Wissen um regionales Solarthermie-Potential ein Schlüssel zur Wärmewende sein?

Vielleicht ist es der Mehrheit der Bevölkerung gar nicht bewusst, welche Potenziale in dieser sehr etablierten und vielleicht deswegen technisch etwas langweilig wirkenden  Technologie stecken. Ich wollte auf der Basis einer wissenschaftlich fundierten und nicht auf Meinungen basierenden Arbeit zeigen, welchen Beitrag die privaten Wohngebäude in jeder einzelnen Gemeinde tatsächlich leisten können. Vielleicht will der der ein oder andere auch einen Teil seines Wärmebedarfs direkt auf seinem eigenen Hausdach erzeugen? Oder einige Gemeinderäte erkennen – gestützt durch meine Untersuchungen – die Möglichkeiten der Solarthermie und können durch Information in ihrer Gemeinde und ggf. zusätzliche finanzielle Anreize etwas bewegen.

Was brauchen wir, um das Solarthermie-Potential tatsächlich zu erschließen?

Wie oben schon erwähnt, steht und fällt alles mit dem politischen und damit gesellschaftlichen Willen, allen verfügbaren Energieträgern ihren Platz auf dem Weg zu einer ganzheitlichen Energiewende einzuräumen. Ein Ungleichgewicht der Förderungen zu Gunsten oder Ungunsten bestimmter Technologien ist hierbei schädlich! Wir brauchen alle verfügbaren Technologien, wenn ein Erreichen der Ziele der Energiewende bis 2050 realistisch bleiben soll.

Zweitens muss natürlich das Potenzial bekannt sein. Was kann ich mit der Solarthermie erreichen?  Zur Beantwortung dieser Frage können unterschiedliche Kennwerte herangezogen werden. Einige sind eher ungeeignet, um die Potenziale zu erkennen, andere deutlich besser. Der häufig verwendete „solare Deckungsgrad“ gehört eher zu den „Verschleierungs-Kandidaten“.

Das mit dem Kennwert müssen Sie mal genauer erklären, am besten anhand

der 3 Grafiken vom Poster!

Solar substituerbarer Endenergieanteil

Die Grafik zeigt den solar substituierbaren Endenergieanteil und verdeutlicht seine Abhängigkeit von der Kollektorfläche und dem Baualter (Wärmebedarf) des Gebäudes. Grafik: Corradini

  • „Der solar substituierbare Endenergieanteil (solare Deckungsgrad) verschleiert mit seinem stark ansteigenden Wert hin zu Gebäuden mit besserem Wärmedämmstandard das solarthermische Potenzial insbesondere von Bestandsgebäuden.“

Der „solar substituierbare Endenergieanteil“ oder auch kurz „solare Deckungsgrad“ gibt an, zu welchem Anteil der Wärmeverbrauch eines Gebäudes durch solarthermische Energie gedeckt wird. Hierbei entsteht aber ein Problem: Sehr gut gedämmte Gebäude mit geringem Wärmeverbrauch haben bei identisch großer Solarthermie-Anlage natürlich die höchsten solaren Deckungsgrade. Dieselbe Anlage kann in älteren Gebäuden mit deutlich höherem Wärmeverbrauch zwar absolut mehr Heizöl oder Erdgas vermeidenwird jedoch der solare Anteil berechnet, ist dieser kleiner als in den Gebäuden mit geringem Wärmeverbrauch. Letztlich wird mit diesem Kennwert das Potenzial gerade von Solarthermie-Anlagen auf Bestandsgebäuden mit hohem Wärmebedarf verschleiert.

Vielleicht resultiert genau hieraus das erste fundamentale Missverständnis: Solarthermie-Analgen lohnen sich eben nicht nur in gut gedämmten Gebäuden – ganz im Gegenteil!

Solar substituierbarer Endenergieverbrauch

Die Grafik erklärt den Zusammenhang zwischen solar subtituierbarem Endenergieverbrauch, Kollektorfläche und Baualter. Grafik: Corradini

  •  „Solar substituierbarer Endenergieanteil nimmt mit steigender Kollektorfläche zu / nimmt mit jüngerem Baualter (sinkendem Wärmebedarf) deutlich zu.“  
  • „Der nutzbare Kollektorertrag mit sinkendem Wert bei zunehmender Kollektorfläche wiederum verschleiert das Potenzial größerer Solarthermieanlagen.“

Diese Größe gibt an, wie viel der durch den Kollektor erzeugten Wärme im Gebäude tatsächlich genutzt werden kann. Wenn ich eine im Verhältnis zum Bedarf sehr kleine solare Menge an Energie erzeuge, kann ich diese im Idealfall komplett nutzen. Das heißt,  der nutzbare Kollektorertrag wäre bei dieser theoretischen Mini-Anlage am größten.

Sobald ich aber absolut höhere Mengen an Heizöl oder Erdgas durch die Solarthermie einsparen möchte, muss ich die Kollektorfläche vergrößern und mehr solare Wärme erzeugen. Im Gegenzug sinkt der nutzbare Anteil, da es Zeiten gibt, in denen Wärme im Wärmespeicher ungenutzt bleibt. Das heißt wiederum, dass trotz absolut höherer Vermeidung an fossiler Energie der nutzbare Kollektorertrag sinkt und so das Potenzial von größeren Anlagen verschleiert.

Hieraus lässt sich das zweite fundamentale Missverständnis ableiten: Kleine Anlagen – wie Warmwasser-Anlagen – hätten eine vermeintlich höhere Effizienz. Hier kommt es darauf an, wie man Effizienz definiert: Größere Anlagen haben zwar eine geringere Kollektorflächen-Effizienz, aber eine deutlich höhere Energieeinsparungs-Effizienz.

Nutzbarer Kollektorertrag

Die Grafik verdeutlicht, dass der nutzbare Kollektorertrag mit steigender Kollektorfläche unübersehbar abnimmt und auch vom Baualter abhängt. Grafik: Corradini.

  • „Nutzbarer Kollektorertrag nimmt mit steigender Kollektorfläche ab / nimmt mit jüngerem Baualter (sinkendem Wärmebedarf) leicht ab.“ 
  • „Erst der solar substituierbare Endenergieverbrauch als flächenspezifische oder auch absolute Größe ist als direktes Maß für die Beurteilung der vermeidbaren fossilen Endenergiemenge und damit zur Potenzialbewertung geeignet.“

Als letzte Größe habe ich daher einen Kennwert definiert, der direkt Aufschluss über das solarthermische Potenzial gibt – also die absolute Menge an eingespartem Heizöl oder Erdgas. Das ist doch, was eigentlich interessiert. Jeden Liter Öl oder Kubikmeter Erdgas, den ich nicht mehr brauche, muss ich nicht einkaufen und erzeuge für diesen auch kein CO2 mehr. Man kann diesen Kennwert absolut für ein Gebäude angeben, oder, wenn man unterschiedliche Gebäude vergleichen möchte, auf die beheizte Wohnfläche beziehen.

Und damit lässt sich dann auch das letzte Missverständnis auflösen: Bestandsgebäude mit höherem Wärmebedarf können sehr wohl durch Solarthermie mehr fossile Energie einsparen als besser gedämmte Gebäude. Berücksichtigt man, dass ältere Gebäude üblicherweise auch noch größere Wohnflächen haben, verstärkt sich dieser Effekt.
Zudem sieht man nun das,  was eigentlich schon immer völlig logisch war: Größere Solarthermie-Anlagen vermeiden mehr fossile Energie als – auch wenn ungeeignete Kennwerte Anderes suggerieren könnten.

Dr. Corradini, was möchten Sie mit Ihren Arbeiten erreichen?

Wenn ich mit dieser sehr intensiven, mehrjährigen Arbeit ein besseres allgemeines Verständnis für energietechnische Zusammenhänge erreichen konnte, habe ich mein Ziel schon weitestgehend erreicht.

Wenn ich nun noch gleichzeitig einen Beitrag zu mehr Energierationalität in der gesellschaftlichen und vor allem politischen Diskussion leisten konnte, wären meine Erwartungen übertroffen. Deshalb freue ich mich auf viele Diskussionen, die letztlich zu einem Mehr an Energierationalität führen werden. Nur diese Paarung aus Energievernunft und Energieökonomie wird zu einem tragfähigen Ganzen führen.

Vielen Dank, Dr. Corradini, für das aufschlussreiche Gespräch!

Grafiken (Quelle): „Präsentation: Regionale Solarthermie-Potenziale“ von Roger Corradini im Rahmen der FfE-Fachtung 2017 „Perspektiven für ein effizienteres Energiesystem“ vom 5. bis 7. April 2017 in München – www.ffe.de/die-ffe/fachtagungen/642, Foto: Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Roger Corradini

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