Rahmenbedingungen: Sind meine günstig für Solarthermie?

Die Frage stellt sich wohl jeder, der mit dem Gedanken spielt, sich eine Solarthermie-Anlage aufs Dach zu holen. Welche Bedingungen tatsächlich günstig sind für eine ertragreiche Ernte von Solarwärme und warum, das erklären wir hier.

Steht mein Haus für Solarthermie günstig?

Die globale Sonnenstrahlung verteilt sich unterschiedlich übers deutsche Land. In Norddeutschland liegt sie übers Jahr summiert bei ungefähr 900 bis 1.000 Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter (m²). In den sonnenreichen Ecken Süddeutschlands kommt man im Jahr auf bis zu 1.200 kWh/m². Zum Vergleich: Die solare Wärme, die auf nur einen Quadratmeter auftrifft, entspricht damit der Menge an Energie, die 100 bis 120 Liter fossiles Heizöl beziehungsweise 100 bis 120 Liter fossiles Erdgas enthalten.

Als Faustregel kann man sich merken, dass ein großer Teil dieser Globalstrahlung verlustig geht. Bis zu 50 Prozent heißt es seitens Experten.  Am Ende geht es um 450 bis 600 kWh Wärme, die pro Quadratmeter Einfangfläche (Kollektorfeld) der Solarthermie-Anlage genutzt werden können.

Fazit: Ein Haus in Süddeutschland erntet im Schnitt etwas mehr Sonnenwärme als ein vergleichbares Haus in Norddeutschland.

Wer das Thema vertiefen will, kann hier weiterlesen.

Zeigt mein Hausdach in eine für Solarthermie günstige Richtung?

Ganz klar, wer hier die Gunst der Sonnenstunden genießen, sprich: ernten, kann: Der, dessen Hausdach möglichst viel Sonne empfängt. Das sind also nach Süden und Südosten ausgerichtete Dächer, denn wie es so schön heißt: Im Osten geht die Sonne auf, im Süden hält sie Mittagslauf, im Westen wird sie untergeh’n, im Norden ist sie nie zu seh’n.

Hat mein Haus ein für Solarthermie günstiges Dach?

Die eben genannten Zahlen zur Globalstrahlung in Deutschland beziehen sich auf eine Kollektorfläche, die waagerecht zum auftreffenden Strahl ausgerichtet ist. Das ist zum Beispiel dann der Fall, wenn diese auf einem Flachdach installiert wurde. Da sich der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen – über den Tag wie übers Jahr hinweg betrachtet – ändert, variieren die Ertragszahlen der Solarthermie-Anlage entsprechend. Es gilt: Bei einer Abweichung vom senkrechten Einfall verringert sich die Strahlungsleistung. Um wie viel, das kann man sogar berechnen:

Wenn ? (griechischer Buchstabe Beta) der Winkel zwischen Empfangsfläche und Horizontale und ?_s (griechischer Buchstabe Gamma) der Höhenwinkel der Sonne ist, dann verringert sich die Strahlungsleistung bei Abweichungen vom senkrechten Einfall um den Faktor:

cos [? – (90° – ?_s)]

Konkret könnte das bei einem Flachdach bedeuten, bei dem ? = 0° ist, dass von einer Sonnenstrahlung, die im Höhenwinkel von ?_s = 30° auf dort montierte Solarthermie-Kollektoren trifft, nur die Hälfte der Leistung wirksam wird – verglichen mit der senkrechten Einstrahlung (?_s = 90°). Denn es gilt:

cos [0° – (90° – 30°)] = cos (-60°) = 0,5

(Quelle: Weyres-Borchert: Solare Wärme, 2015, S. 16f.)

Das heißt jetzt aber nicht, dass ein Flachdach immer den höheren Solarertrag einfährt. Denn wie geschrieben, der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen variiert innerhalb des Tages und innerhalb des Jahres.

Der Vorteil einer auf einem Flachdach installierten beziehungsweise frei aufgestellten Solarthermie-Anlage (sogenannte Freiaufstellung) ist eher der, dass man dort den Aufstellwinkel optimal wählen kann. Bei einem schrägen Dach hingegen, auch Steildach genannt, gleicht man einen ungünstigeren Neigungswinkel und eine daraus resultierende Ertragsminderung eher mit einer Anpassung der Kollektorfläche aus.

Fazit: Selbst bei nach Südwest oder Südost ausgerichteten Dächern und mit ihnen Anlagen sowie bei Neigungen zwischen 20° bis 65° der mit den Systemen erzielte Ertrag meist immer noch mehr als 85 Prozent des maximal möglichen Wertes erreicht (Quelle: Schabbach/Leibbrandt: Solarthermie, 2015, S. 109).

Mehr zum Thema könnt Ihr hier, hier oder hier  nachlesen.

Ist heute oder in absehbarer Zeit mit für Solarthermie ungünstiger Verschattung zu rechnen?

Wo es Sonne gibt, gibt’s auch Schatten. Eine Binsenweisheit, hmm? Für den Betrieb einer Solarthermie-Anlage ist sie von großer Bedeutung. Denn schon der dauerhaft auf Eure Solarthermie-Anlage fallende Schatten eines Baums oder Gebäudes mindert deren Ertrag spürbar. Auch temporäre Schattenverursacher wie Laub, Vogelkacke oder Schnee mindern den Solarertrag.

Wie sich die Verschattung der Kollektoren auf den mit ihnen erzielten Solarertrag auswirkt, kann man ebenfalls berechnen, entweder zu Fuß oder mittels spezieller Software (Simulationsprogramme).

Begünstigt meine Heizungsanlage die Integration einer Solarthermie-Anlage?

Es gibt Heizungsanlagen, die sich prima mit einer Solarthermie-Anlage ergänzen lassen. Mit Holzpellets betriebene Niedertemperaturbrennöfen beispielsweise. Ist bereits ein Wärmespeicher in Betrieb, kann die von der Solarthermie-Anlage gelieferte Wärme dort auch gegebenenfalls zwischengespeichert werden. Mitunter ist auch ein größerer Speicher vonnöten, um mit der Menge der Wärme fertig zu werden – dann sollte der entsprechende Platz dafür sein.

Wer mehr zu den möglichen Kombinationspartnern der Solarthermie lesen möchte, schaut am besten hier in Sabines ausführlichen Blogpost dazu.

Foto: Noah & Harvey / photocase.de