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Welche Anlagentypen in der Solarthermie unterscheidet man?

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Pferd ist nicht gleich Pferd – auch nicht von der Rückseite aus betrachtet – und Solarthermie-Anlage ist nicht gleich Solarthermie-Anlage. Wir erklären hier, welche Anlagentypen es bei Solarthermie gibt und wie sie sich nach der Wärmenutzung, nach den Kollektortypen, nach der Anlagentechnologie und nach der Größe unterscheiden lassen.

Solarthermie-Anlage erzeugt Wärme aus Sonnenenergie

Eine solarthermische Anlage, das steckt schon im Namen, hat irgendwas mit Solarwärme zu tun. Solarthermie beziehungsweise Solarwärme nennt man das Produkt, das die Anlage erzeugt. Als Rohstoff, sprich: Energiequelle, kommt die Sonne zum Einsatz, die Sonnenstrahlung anliefert – und zwar gratis. Die Solarthermie-Anlage sammelt die Sonnenenergie ein und macht daraus nutzbare Solarwärme. Das Prinzip ist für alle Solarthermie-Anlagen gleich, wobei man die Anlagen nach verschiedenen Kriterien unterscheiden kann.

Anlagentypen – unterschieden nach der Nutzung der erzeugten Solarwärme

Anlagen, die man der Haustechnik zurechnen kann, die also typischerweise ein Ein- oder Zweifamilienhaus mit solarer Wärme versorgen, unterteilt man nach der Nutzung der von ihnen erzeugten Solarwärme in

  • Anlagen, die das Trinkwasser erwärmen
  • und Anlagen, die das Trinkwasser erwärmen und die Raumheizung unterstützen (daher auch Kombi-Anlagen genannt).

Eine Solarthermie-Anlage, mit deren Hilfe das Trinkwasser erwärmt wird, soll im Sommer möglichst allein dafür sorgen, ohne dass  ein weiterer Wärmeerzeuger in Betrieb gehen muss. Das heißt, die normale Heizung im Haushalt bleibt im Sommer aus. Solche Solarthermie-Anlagen waren in Deutschland lange Zeit die am weitesten verbreiteten, doch inzwischen sind Anlagen, die auch die Heizung unterstützen, nachgezogen. Pi mal Daumen wird bei diesem Anlagentyp für die Versorgung eines 4-Personen-Haushaltes mit warmen Trinkwasser von einer Größe des Kollektorfeldes zwischen vier und fünf Quadratmetern ausgegangen. Für sechs Personen rechnet man mit sechs bis acht Quadratmetern Kollektorfläche und einem jährlichen solaren Deckungsgrad um die 70 Prozent.

Eine Solarthermie-Anlage, die nicht nur das warme Trinkwasser zum Abwaschen, Waschen, Duschen und Baden (Trinkwasser ist gleich Brauchwasser)  bereitstellt, sondern auch der Heizung als Wärmeerzeuger dient, erwärmt somit auch das Heizwasser. Solch eine Anlage ist typischerweise zwischen acht und zwölf Quadratmetern groß und kommt bei der Erwärmung des Trinkwasserbedarfs auf eine solare Deckung von 60 bis 70 Prozent und bis zu einem Viertel solare Deckung beim Heizwärmebedarf.

Dazu muss man wissen, dass diese Angaben zur solaren Deckung von vielen Faktoren abhängen, darunter Standort mit typischer Jahres-Strahlung, Ausrichtung / Neigung der Kollektorfläche (mindert oder erhöht die Erträge), Warmwasserbedarf des Haushaltes und Wärmebedarf des Gebäudes sowie Technik der Solarthermie-Anlagen (Wirkungsgrad der Kollektoren, Dämmqualität des Solarspeichers, Intelligenz des Solarreglers).

Tipp zum Weiterlesen:

Solarthermie-Anlagen – unterschieden nach der Art der Kollektortypen

Ein Kollektor absorbiert die Solarwärme und überträgt sie auf ein entsprechendes Wärmetransportmittel, (Solarflüssigkeit). Drei Kollektortypen unterscheidet man bei Solarthermie-Anlagen:

  • Flachkollektoren
  • Vakuumröhrenkollektoren
  • und Luftkollektoren

Welcher Kollektortyp zum Einsatz kommt, das beeinflusst maßgeblich die Leistung der Solarthermie-Anlage und damit auch die Größe der Kollektorfläche auf dem Dach. Grundsätzlich gilt, dass die bislang am weitesten verbreiteten Flachkollektoren einen geringeren Wirkungsgrad als Vakuumröhrenkollektoren haben. Sie sind robust und langlebig und haben ein gutes Preis-Leistungsverhältnis. Man braucht aber auch schon ein paar Quadratmeter Kollektorfläche, um auf einen guten Solarertrag zu kommen. Der Wirkungsgrad von Vakuumröhrenkollektoren ist höher als der von flachen Modellen, das heißt: Bei kleinerer Kollektorfläche gibt’s die gleiche Leistung. Dafür sind sie auch teurer als Flachkollektoren. Luftkollektoren sind einerseits kostengünstig – eignen sich andererseits aber nicht für herkömmliche, auf Wasser basierende Heizungsanlagen.

Tipp zum Weiterlesen:

Anlagentypen – unterschieden nach der Speichertechnik

Der Speicher spielt eine große Rolle beim Heizen mit Solarwärme, da er Wärmeüberschüsse  aus sonnigen Zeiten aufnehmen und vorrätig halten kann, bis sie im Haushalt gebraucht werden. Je nach Speichertyp gelingt es heute mit unterschiedlichen Technologien, die sogenannte Temperaturschichtung im Speicher umzusetzen. Dabei gilt, dass die Temperatur im oberen Speicherteil, dem Entnahmebereich der Wärme, möglichst hoch und möglichst gleichbleibend hoch ist, während im unteren Speicherteil die Temperatur vergleichsweise niedriger ist.

Man unterscheidet unter anderem Anlagen mit

  • Pufferspeicher (je nach Technologie mit passiver oder aktiver Schichtbeladung) für Anlage zur Heizungsunterstützung
  • Kombispeicher für Speicherung von Trink- und Heizwasser
  • Brauchwasserspeicher (Warmwasserspeicher)

Tipp zum Weiterlesen:

Unterscheidung nach der Anlagentechnologie

Gemäß der Technologie die in der Solarthermie-Anlage eingesetzt wird, unterscheidet man sie in:

  • Schwerkraftanlagen (sogenannte Thermosiphon-Anlagen)
  • High-Flow-Systeme
  • Low-Flow-Systeme

Schwerkraftanlagen

Schwerkraftanlagen funktionieren ohne Pumpstation. Das heißt, dass das Wärmeüberträgermedium  in ihrem Heizkreislauf allein von der Erwärmung in den Solarthermie-Kollektoren angetrieben wird: Das gelingt, weil das im Kollektor erhitzte Wasser lichter ist, somit aufsteigt und sich im Speicher sammelt, der sich typischerweise oberhalb des Kollektors befindet. Kühlt das Wasser ab, sinkt es im Speicher nach unten, wo es durch das Rücklaufrohr wieder zum Kollektor fließt, um dort erneut erwärmt zu werden.

High-Flow- und Low-Flow-Anlagen

Setzt man  die Durchlaufmenge je Zeiteinheit ins Verhältnis zur Kollektorfläche, kommt man auf die Systeme „High Flow“ und „Low Flow“. Bei High Flow sollen es 30 bis 50 Liter pro Stunde und Quadratmeter Kollektorfläche sein, die umgesetzt werden, bei Low Flow nur 10 bis 20 Liter. Dabei beschreibt das Low-Flow-Prinzip zwei Prozesse:

  • den sehr langsamen Umlauf im Solarkreis
  • und den schnellen Durchlauf bei einem insgesamt sehr geringen Volumen im Solarkreis.

In den typischen Ein- und Zweifamilienhaus-Solarthermie-Anlagen  sind meist High-Flow-Systeme im Einsatz, die mit normalen Heizungspumpen (Umwälzpumpen) arbeiten. Sie führen hohe Wärmemengen auf niedrigem bis mittlerem Temperaturniveau vom Kollektor fort.

Low-Flow-Systeme haben technisch die Nase vorn, weil in ihnen höhere Temperaturdifferenzen zwischen Kollektor und Speicher erzeugt werden, die auch während des Betriebs aufrechterhalten bleiben. Infolgedessen sinke der Kollektorwirkungsgrad zwar etwas, schreibt die Wikipedia, zugleich lieferten sie jedoch bei geringerer Sonneneinstrahlung heißere Wärme. Das führe dazu, dass bei mittlerer Einstrahlung nicht mehr nachgeheizt werden müsse und man Jahresmittel auf etwas höhere solare Deckungsgrade käme.

Im Vergleich zu High-Flow-Systemen gleicher Fläche könnte man bei Low-Flow-Systemen an den Komponenten sparen (preisgünstigere Verrohrung, kleinere Wärmeübertrager und schwächere Pumpen). Das sei auch der Grund, warum insbesondere solarthermische Großanlagen meist im Low Flow betrieben würden. Gut zu wissen: Systeme mit sehr kleinen Rohrquerschnitten könnte man nur als Low-Flow-Anlage betreiben werden, da der Strömungswiderstand andernfalls zu sehr zunähme, schreibt die Wiki weiter. Innerhalb des Absorbers seien demnach enge Rohrquerschnitte von Vorteil, damit der Kollektor selbst eine geringe Wärmekapazität hätte und sich schnell aufheize.

Matched-Flow-Anlagen

Daneben gibt es, wenn auch selten, sogenannte Matched-Flow-Systeme: Dort regelt man die Pumpenleistung. Ansonsten müssen Matches-Flow-Solaranlagen technisch wie High-Flow-Systeme aufgestellt sein, so dass ihr Vorteil gegenüber diesen nur gering ausfalle.

Thermosiphonanlagen findet man oft wärmeren Regionen wie im Mittelmeerraum. Mit Röhrenkollektoren können sie aber auch bis minus 30 Grad Celsius ohne Frostschutz laufen. Sie erzeugen selbst bei Kälte und diffuser und indirekter Sonneneinstrahlung oft noch Warmwasser. Frostschutz brauchen sie vor allem für das Leitungssystem. Thermosiphonanlagen arbeiten in der Regel mit einem offenen Heizkreis – das zu erwärmende Trinkwasser fließt direkt durch die Kollektoren und wird als Warmwasser aus dem Speicher entnommen. Komplexere Modelle nutzen einem Drucklos-Speicher mit integriertem Glattrohrwärmetauscher, der dem normalen Leitungsdruck standhält.

Drain-Back-Anlagen

Sogenannte Drain-Back-Systeme sehen eine komplette Entleerung der Kollektoren bei extremen Temperaturen beziehungsweise bei Stillstand der Solarheizung vor. Sie lassen sich mit reinem Wasser betreiben (meist als geschlossene Kreisläufe).

Tipp zum Weiterlesen:

Anlagentypen – unterschieden nach der Größe

Entsprechend der Größe, wobei die Größe der Anlage als komplexes Konstrukt aus ihren einzelnen Komponenten gemeint ist, unterscheidet man Solarthermie-Anlagen in

  • kleinere Solaranlagen für die Wärmeversorgung von Ein- und Zweifamilienhäusern
  • große Solaranlagen für die Wärmeversorgung von Mehrfamilienhäusern, Wohnheimen, Krankenhäusern, Hotels- und Gaststätten, Sporteinrichtungen oder Gewerbebetrieben
  • Großanlagen (Kombi-Anlagen) zur Anbindung an Nahwärme- und Fernwärmenetze, die mehrere Gebäude mit Wärme versorgen.

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Foto: betty80 / photocase

 

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