Wie groß ist die perfekte Kollektorfläche?

Eine Frage, die sich sicher viele stellen: Betreiber, Möchtegern-Betreiber, Installateure und Hersteller von Solarthermie-Anlagen. Auch wir Mädels hier vom Blog haben uns das schon oft gefragt. Und jetzt gibt es endlich eine Antwort: 18 Quadratmeter (m²)! Noch dazu aus unabhängiger Simulation. Warum, wieso, weshalb es gerade 18 m² sind, lest Ihr hier.

Über die perfekte Größe einer Kollektorfläche für eine Solarthermie-Anlage wird seit Langem debattiert. Jetzt wurde zum ersten Mal mit einem unabhängigen Test genau diese Frage beantwortet. Die Zeitschrift Sonne, Wind & Wärme hat gemeinsam mit dem Unternehmen Vela Solaris, einem Spezialisten für Solarsoftware aus der Schweiz, getestet, was Solarthermie-Anlagen leisten. Jedes Unternehmen auf dem deutschen Markt konnte demnach „jeweils ein Solarpaket für die Warmwasserbereitung und die Heizungsunterstützung nennen, deren Einsparpotenzial Vela Solaris mit Polysun (das ist eine Planungs-Software von Vela Solaris – Anmerkung von Doreen) berechnet hat.“

Testbedingungen und Testreferenzen

Um eine Vergleichbarkeit für alle 28 von den Herstellern geschnürten Solar-Anlagen-Pakete zu garantieren, gelten für die Simulation jede Menge Bedingungen und Annahmen. Der Simulation liegt beispielsweise eine Referenzanlage am Standort Würzburg zugrunde, definiert von den beiden großen Solarverbänden BDH und BSW-Solar. Wer mehr dazu wissen will, schaut bitte hier nach. Zu den Annahmen zählen außerdem:

  • die Dachausrichtung nach Süden
  • und die Dachneigung von 45 Grad.

Nachgeheizt werde laut den Kollegen von der Sonne, Wind & Wärme mit Gas, „wobei der Kesselwirkungsgrad für die individuelle Anlagenkonfiguration berechnet“ werde.

Die Bewohner des virtuellen Hauses verbrauchten demnach täglich 200 Liter warmes Wasser. Davon zapften sie jeden Tag „morgens um 7 Uhr 80 Liter, mittags um 12 Uhr 40 Liter und abends um 19 Uhr 80 Liter“. Zusätzliche Warmwasser-Verbraucher wie Waschmaschine oder Geschirrspüler, die laut Sonne, Wind & Wärme bei Solaranlagen auf jeden Fall an die Warmwasserversorgung angeschlossen werden sollten, berücksichtige die BDH/BSW-Referenz nicht. Auch eine Zirkulation sei in dem virtuellen Haus nicht vorgesehen.

Welche Warmwasseranlagen kamen in die Simulation?

Wegen der Vergleichbarkeit der Simulationsergebnisse wurden von den Prüfern nur Warmwassersolaranlagen in den Vergleich aufgenommen, „bei denen die Kollektorfläche maximal 10 m² betrug. Das Speichervolumen musste zwischen 200 und 500 Litern liegen. Um den Rechenaufwand zu begrenzen, wurde eine einheitliche Speicherhöhe vorgegeben und die Geometrie der Wärmetauscher anhand der BDH/BSW-Referenz gewählt. Die Nachheizung wird so gesteuert, dass in jedem Speicher circa 75 Liter Bereitschaftsvolumen vorgehalten werden.

Die Wärmeverluste des Speichers wurden anhand der individuellen Dämmstärke und des Wärmeleitwertes der Dämmung berücksichtigt. In einigen Fällen fehlten Angaben von den Herstellern. In zwei Fällen betraf das auch die Dämmung des Speichers. In diesen Fällen wurde mit der typischen 50-Millimeter-Hartschaumdämmung gerechnet. Einige Kollektorkennzahlen waren

  • entweder lückenhaft,
  • nicht durch entsprechende Solar-Keymark-Zertifikate überprüfbar
  • oder wichen von diesen ab.

Hier wurde entweder ein ähnliches Kollektormodell des jeweiligen Herstellers herangezogen oder mit den Kenndaten des Prüfberichtes gerechnet.“

Eine umfassende Übersicht über die Anlagen in der Simulation zeigt die Sonne, Wind & Wärme in ihrer Ausgabe 3/2015 auf den Seiten 34 und 35. Die technischen Details anzuschauen, das überlasse ich Euch. Ich widme mich hier gleich mal den Ergebnissen der Simulation

Die Ergebnisse der Simulation für Warmwasseranlagen

Laut Sonne, Wind & Wärme lautet die Kurzfassung der Ergebnisse der Simulation, dass man mit keinem der 28 Angebote etwas falsch mache. Alle Produkte lieferten demnach „einen ordentlichen Ertrag und reduzieren den Gasbedarf merklich“: Das Gros der Angebote läge bei einer Einsparquote von 55 bis 65 Prozent. Am meisten Gas, nämlich 418 Kubikmeter pro Jahr und somit 4.078 kWh/a, was 74,2 Prozent des gesamten Gasverbrauchs entspreche, den die Bewohner des virtuellen Hauses ohne Solarthermie-Anlage zur Erwärmung ihres Warmwassers benötigten, spare die Anlage, die mit Abstand die größte Kollektorfläche in die Simulation brachte.

Doch die größte Fläche an Kollektoren allein bedeutet noch lange nicht den Sieg in der Simulation. Eine Solarthermie-Anlage muss sich ja auch wirtschaftlich rechnen. Besonders wirtschaftlich gelten bekannter Weise Solarthermie-Anlagen, die mit möglichst kleiner Kollektorfläche (Platz auf dem Dach!) und möglichst kleinem Speichervolumen (Platz im Keller oder Schuppen!) maximale Erträge einfahren.

Für die Bewertung der Wirtschaftlichkeit spielt schließlich auch der Preis der Anlage eine Rolle. Nach wie vor fehle es hier – zumindest seitens einiger Hersteller an der – für die Einbeziehung des Preises in die Simulation – nötigen Transparenz. Schade, hier ist dringend Umdenken gefragt, der Verbraucher hat ohnehin schon viele Hürden zu nehmen, um sich für seine Anlage zu entscheiden (unterschiedlicher Umfang der Komponenten im Anlage-Paket, mal ist das Montagesystem inbegriffen, mal nicht, Aufpreise für Rohre und Dämmung des Solarkreises, große Preisunterschiede, Montagekosten inklusive Rabatten seitens der Installateure).

Ihr Fazit bezüglich der Warmwasseranlagen formuliert die Sonne, Wind & Wärme dann auch so:  „Wer als Endverbraucher oder als Handwerker für seine Kunden eine möglichst günstige Warmwasser-Solaranlage sucht, der ist mit einem kleinen 2-Kollektor-Paket gut bedient. Wer viel fossile Energie einsparen will und sich eine größere Investition leisten kann, für den ist eine Anlage mit drei oder vier Kollektoren die bessere Variante.“

Mehr Energie spart man natürlich mit einer Anlage, die nicht nur das Brauchwasser solar erwärmt, sondern auch das Heizwasser. Die sogenannten Kombi-Anlagen lohnen sich laut der Sonne, Wind & Wärme insbesondere auf lange Sicht.

Annahmen für das virtuelle Haus für Kombi-Anlagen

Um zu berechnen, wie viel Gas Kombi-Solarthermie-Anlagen, die Brauch- und Heizwasser wärmen, einsparen, „hat Vela Solaris gemäß der BDH/BSW-Referenzanlage ein Haus in mittelschwerer Bauausführung und 128 m² Wohn- und Nutzfläche gewählt. Der Heizenergiebedarf liegt bei 9.090 kWh/a. Das Haus verfügt über eine Flächenheizung, die mit 35 Grad Celsius (°C) Vorlauftemperatur und 28 °C Rücklauftemperatur betrieben wird.“

Welche Kombianlagen kamen in die Simulation?

Aus vergleichstechnischen Gründen wurden laut Sonne, Wind & Wärme „nur Anlagen in den Vergleich aufgenommen, bei denen die Kollektorfläche bei Flachkollektoren zwischen 9 und 18 m² liegt. Bei Vakuumröhrenkollektoren wurden gemäß den BAFA-Förderkriterien auch Anlagen ab 7 m² Bruttofläche akzeptiert.“

Der Speicher musste zwischen 500 und 1.500 Litern Inhalt haben, wobei unterschiedliche Speicherabmessungen berücksichtigt wurden. Wichtige Teilnahmebedingung: Die Kombi-Solaranlagen sollten zur Brauchwassererwärmung eine Frischwasserstation mitbringen. Der Grund für diese Bedingung: Solche Anlagen hätten in den letzten Jahren deutlich an Marktanteil gewonnen.

Auffällig sei laut Sonne, Wind & Wärme bezüglich der Kombianlagen gewesen, dass die Hersteller „besonders häufig“ keinen „U*A-Wert“ für die Frischwasserstation nannten. Das ist der sogenannte Wärmedurchgangs-Koeffizient multipliziert mit der Austauschfläche. Fehlte der Wert, rechnete die Simulation mit dem Wert 3.000 W/K gerechnet.

Die Ergebnisse der Simulation für Kombianlagen

Die beste Kombi-Anlage in der Simulation erzielte laut Sonne, Wind & Wärme eine satte Einsparung: 8.767 kWh/a. Das entspräche 897 Kubikmeter Gas beziehungsweise 49,8 Prozent des Wärmebedarfs für Heizung und Warmwasser, den das virtuelle Haus habe. Die Sieger-Anlage brachte mit 18 m² die größte  Kollektorfläche mit in die Simulation. Gut zu wissen: Die Anlage war eine aus dem Hause Paradigma. Ihr wisst, das ist das unternehmerische Standbein der Ritter Gruppe, die auch hinter unserem Blog steht, das sich mit Solarwärme beschäftigt. Das Gros der anderen Pakete erbrachte zwischen 25 und 35 Prozent Einsparung.

Die Kollegen von der Sonne, Wind & Wärme stellten die folgende spannende Faustformel auf: Man brauche mindestens sechs Flachkollektoren, um den Gasbedarf um ein Drittel zu senken.

Interessantes Nebenergebnis: Die Simulation zeige, dass der Speicher bei Paradigma im Juli und August häufig randvoll sei – was die Kollektoren in Stagnation gehen lasse. Da Paradigma jedoch Wasser als Wärmeträger einsetze, habe das keine negativen Auswirkungen auf die Lebensdauer des Wärmeträgers.

Die Paradigma-Anlage war auch die teuerste in der Simulation: Dennoch zieht die Sonne, Wind & Wärme folgendes Fazit: „Eine Stichprobe von klein und mittelgroß dimensionierten Paketen überrascht: Mit zwölf bis 13 Jahren Amortisationszeit und einem Wärmepreis von 8 bis 9 Ct/kWh liegen alle berechneten Solaranlagen sehr nah beieinander. Die Dimensionierung, die bei den Warmwassersolaranlagen einen großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit hat, wirkt sie sich bei der Heizungsunterstützung kaum aus. Auch die oft kolportierte Behauptung, dass sich die Heizungsunterstützung im Gegensatz zur Warmwasserbereitung nicht lohne, wird durch die Berechnung widerlegt. Heizungsunterstützung lohnt sich sehr wohl und je größer die Anlage ist, desto mehr spart sie über die Jahre ein. Wer sich also möglichst unabhängig vom Preis fossiler Energie machen will, sollte bei der Solarwärmeanlage groß denken.“

So, nun wissen wir‘s aus unabhängiger Feder: „Größer ist besser“ (so lautet auch der Titel der aktuellen Sonne, Wind & Wärme). Und: Die perfekte Kollektorfläche einer Solarthermie-Anlage beträgt 18 m². Wenn doch alles so einfach wäre! 😉

[su_box title=“Disclaimer“ style=“glass“ box_color=“#758a3e“]Disclaimer: Herausgeber dieses Blogs ist die Rittter Gruppe – ein Hersteller von Hochleistungs-Vakuumröhrenkollektoren.  Paradigma ist eine Marke der Ritter Gruppe. [/su_box]

Foto: birdys / photocase.de

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5 Kommentare zu “Wie groß ist die perfekte Kollektorfläche?”

  1. Benedikt

    Hallo Doreen Brumme,

    ich finde den Artikel sehr interessant, allerdings muss ich zur folgenden Aussage erhebliche Kritik ausüben:

    „Die beste Kombi-Anlage in der Simulation erzielte laut Sonne, Wind & Wärme eine satte Einsparung: 8.767 kWh/a. Das entspräche 897 Kubikmeter Gas beziehungsweise 49,8 Prozent des Wärmebedarfs für Heizung und Warmwasser, den das virtuelle Haus habe. Die Sieger-Anlage brachte mit 18 m² die größte Kollektorfläche mit in die Simulation. Gut zu wissen: Die Anlage war eine aus dem Hause Paradigma. Ihr wisst, das ist das unternehmerische Standbein der Ritter Gruppe, die auch hinter unserem Blog steht, das sich mit Solarwärme beschäftigt. Das Gros der anderen Pakete erbrachte zwischen 25 und 35 Prozent Einsparung.“

    Sie können aus dieser Aufstellung der Sonne Wind und Wärme keine „beste Anlage“ ermitteln, da bei alle aufgeführten Anlagen der die Bruttokollektorfläche bzw. die Aperturfläche unterschiedlich ist. Die Ritter bzw. Paradigma Anlage hatte als einzige der angegebenen Anlagen eine Bruttokollektorfläche von 18 m² die anderen Solaranlagen hatten einen Durchschnittliche Bruttokollektorfläche von 11,7676 m². Des weiteren waren in dieser Auflistung nur 2 Röhrenkollektoren mit dabei, die anderen Hersteller haben sicherlich auch Röhrenkollektoren im Programm, somit ist die von Ihnen ermittelte „Sieger-Anlage“ aus meiner Sicht nicht richtig. Wenn Sie solche Vergleiche aufstellen, sollten Sie Äpfel mit Äpfel vergleichen also Röhrenkollektoren mit Röhrenkollektoren und nicht Röhrenkollektoren mit Flachkollektoren. Sie können auch nur einen Sieger ermitteln wenn Sie fairerweise auch gleiche Fläche miteinander vergleichen. Wenn ich einen Solaranlage mit 18 m² Röhrenkollektoren mit einer Flachkollektoranalge mit 11,5 m² vergleiche ist doch klar, dass die Solaranalge mit 18 m² mehr Leitung bringt als die Anlage mit 11,5 m², gut dies ist allerdings bei China Kollektoren auch nicht unbedingt der Fall.

    Wenn Sie also bitte solche Aussagen treffen sollten Sie dies auch berücksichtigen !!!

    Nun noch zur folgenden Aussage:

    „Interessantes Nebenergebnis: Die Simulation zeige, dass der Speicher bei Paradigma im Juli und August häufig randvoll sei – was die Kollektoren in Stagnation gehen lasse. Da Paradigma jedoch Wasser als Wärmeträger einsetze, habe das keine negativen Auswirkungen auf die Lebensdauer des Wärmeträgers.“

    Wie Energie muss denn in den Wintermonaten aufgewendet werden um diese Anlage mit Wasser als Wärmeträger frostfrei zu halten?

    1. Cornelia Daniel-Gruber

      Die Grundaussage in dem Artikel und in der Überschrift war glaub ich „Größer ist besser“. Prinzipiell eben weg von dem „machen wir ein bisschen warmes Wasser“ hinzu „versuchen wir möglichst viel fossile Energie zu ersetzen. Vielleicht bekommen wir von Sonne Wind und Wärme den ursprünglichen Artikel auch zum Nachlesen. Einfach online stellen dürfen wir ihn leider nicht.

  2. Ulrich

    Der Frostschutzbedarf bewegt sich, je nach Auslegung der Anlage und Standort bei 0,5 – 3,5 % des Jahreserstrags, nachzulesen bspw. hier https://www.paradigma.de/frostschutz-aqua Die 3,5 % gelten aber eher für den absoluten Härtefall wie bei langen Außenleitungen, der Großteil der Anlagen dürfte sich eher im Bereich zwischen 1,5 und 2 bewegen. Der Vorteil des Wasser überkompensiert die Einbußen für den Frostschutz also bei weitem.

  3. Andreas Reitmann

    Vielen Dank für den interessanten Artikel. Auch ich muss mich teilweise Benedikt anschließen. Für mich ist die Anlage die Beste, die das beste Ergebnis von Investitionskosten zu erzeugter/eingesparter Energie aufweist. Diese Rechnung sehe ich nicht in dem Vergleich.

    Beste Grüße, Andreas Reitmann – 100% Energieversorgung durch die Sonne http://www.Liebon.de

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