Studie zeigt: Solare Prozesswärme in Industrie rechnet sich

Wärme wird hierzulande noch immer vorwiegend aus fossilen Quellen gewonnen, allen voran aus Erdgas. Das gilt für Heizwärme, die in einem Heizungsland wie Deutschland zum Beheizen jeglicher (Lebens-)Räume benötigt wird. Und das gilt für Prozesswärme, wie sie in der Landwirtschaft, im Gewerbe und in der Industrie eingesetzt wird, um verschiedenste Abläufe dort zu ermöglichen. Eine aktuelle Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE), die der Bundesverband Solarwirtschaft e.V. (BSW Solar) in Auftrag gegeben hatte, zeigt: Solare Prozesswärme in Industrie rechnet sich. Denn Solarthermie ist in vielen industriellen Anwendungen wirtschaftlicher als fossile Wärmequellen. Grund genug, dass wir Prozesswärme aus dem Schatten in die Sonne holen!

Laut der Studie des Fraunhofer ISE “Solare Prozesswärme für die deutsche Industrie – Ertrag und Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu konventioneller Wärmeversorgung“ amortisieren sich Investitionen in Solarthermieanlagen bei gezielter Förderung häufig schon nach drei bis acht Jahren. Das stellten die Forschenden des ISE in mehr als 6.000 simulierten Systemkonfigurationen fest. Was das konkret heißen kann? Eine 34-Megawatt-Parabolrinnen-Solarthermieanlage mit Speicher am Standort Würzburg spart über ihre Lebensdauer hinweg über 40 Millionen Euro an Kosten!

Die Wissenschaftler:innen des Fraunhofer ISE untersuchten in ihrer Studie Erträge und Wirtschaftlichkeit von solarer Prozesswärme im Vergleich zur konventionellen industriellen Wärmeversorgung.

„Unsere Studie zeigt, dass Solarthermie für etliche Prozesswärmeanwendungen in der deutschen Industrie wirtschaftlich sinnvoll und gut planbar ist. Sie kommt für Niedertemperaturanwendungen ebenso in Frage wie für mittlere Temperaturen, wie sie etwa in der chemischen Industrie benötigt werden“. Das sagt Prof. Dr. Hans-Martin Henning, Institutsleiter des Fraunhofer ISE.

Die Studienergebnisse kommen gerade richtig: Denn viele Unternehmen stehen wegen der steigenden und schwankenden Energiepreise, der absehrbar stark steigenden CO₂-Abgaben und geopolitischer Risiken zunehmend unter Druck. Sie müssen die Wärmewende dringend vollziehen. Dass die Dekarbonisierung der Prozesswärme ein Gamechanger ist, wird klar, wenn man bedenkt, dass Prozesswärme rund zwei Drittel des industriellen Endenergieverbrauchs ausmacht und großteils noch auf fossilen Energieträgern wie fußt.

Als

• bezahlbare,
• klimafreundliche
• und planbare

Wärmequelle für Prozesswärme ist Solarthermie eine hochrelevante Option – auch für Unternehmen, die bislang dachten, dass sich Solarwärme in Deutschland nicht lohnt (Spoiler: ein Mythos!).

Solare Prozesswärme – was ist das, wie geht das, lohnt sich das?

Ist von solarer Prozesswärme die Rede, ist die Nutzung von Sonnenenergie zur Bereitstellung von Wärme für industrielle oder gewerbliche Prozesse gemeint, beispielsweise Erhitzen, Trocknen, Reinigen oder Kochen.

Typisch prozesswarm heißt: Temperaturen zwischen 30 und 400 Grad Celsius (° C). In diesem Temperaturbereich läuft ein Großteil industrieller Wärmeprozesse. Damit eignet sich Solarthermie nicht nur für die Raumwärme oder Warmwasserbereitung, sondern auch für technische Prozesse, die Wärme kontinuierlich benötigen.

Lest dazu auch unsere Artikelserie zu Solarer Prozesswärme:

• Solarthermie als Prozesswärme, Teil 1 – Grundlagenwissen
• Solarthermie als Prozesswärme, Teil 2 – Potenziale
• Solarthermie als Prozesswärme, Teil 3 – Bestand weltweit
• Solarthermie als Prozesswärme, Teil 4 – Bestand weltweit im Detail
• Solarthermie als Prozesswärme (Teil 5): Die Kollektoren

Funktionsweise einer Solarthermieanlage für solare Prozesswärme einfach erklärt

Ein Solarthermieanlage, die Prozesswärme erzeugt, besteht wie die Anlagen zur Wärmegewinnung auf Wohnhausdächern für Heizungswärme und Wasserwärme (Warmwasser für Küche und Bad) aus diesen Komponenten:

• Kollektoren, die Sonnenenergie (Lichtenergie) in Wärme umwandeln
• Wärmeträgerkreisläufe, die die von den Kollektoren erzeugte Wärme transportieren
• Wärmespeicher, um Wärme bedarfsgerecht und auch zeitversetzt verfügbar zu machen
• Regelungstechnik, die die Solarthermieanlage effizient steuert und an die konkreten Prozessanforderungen anpasst

In der Industrie kommen vor allem Großflächen-Flachkollektoren, hochleistungsfähige Vakuumröhrenkollektoren wie die unseren oder sogenannte konzentrierende Systeme wie Parabolrinnenkollektoren  zum Einsatz – je nach benötigter Temperatur und Standortbedingungen. Die erzeugte Wärme kann direkt in bestehende Anlagen eingespeist oder in Pufferspeichern zwischengelagert werden.

Mögliche Einsatzfelder für solare Prozesswärme

Solare Prozesswärme eignet sich für zahlreiche Anwendungen in Industrie und Gewerbe, insbesondere in Branchen mit hohem Wärmebedarf im Niedrig- bis Mitteltemperaturbereich wie

• Lebensmittelindustrie: Waschen, Pasteurisieren, Sterilisieren, Kochen
• Getränkeindustrie: CIP-Reinigung (“Cleaning In Place” ist ein Verfahren zur automatischen und demontagefreien Reinigung von Produktionsanlagen), Erhitzen von Flüssigkeiten
• Textilindustrie: Färben, Waschen, Trocknen
• chemische Industrie: Reaktortemperierung, Verdampfen, Destillation
• Oberflächenbehandlung und Metallverarbeitung
• gewerbliche Großwäschereien, Bäckereien, Brauereien

Der Einsatz von solarer Prozesswärme rechnet sich besonders dort, wo viel Prozesswärme konstant über das Jahr hinweg benötigt wird – idealerweise tagsüber.

Unsere Best-Practise-Prozesswärmebeispiele made by Ritter Energie

und unseren Paradigma-Partner-Handwerkerinnen und -Handwerkern stellen wir euch hier auf dem Blog ausführlich vor:

• Projekt des Monats: Solare Prozesswärme für Schweine
• Mr. Wash Mannheim: 50.000 saubere Autos dank Solarthermie
• Mr. Wash: Noch mehr Solarthermie für noch mehr saubere Autos
• Solarthermie in Action: „Sonnengetrockneter“ Lack für Kölner Busse und Bahnen

Das folgende Video zeigt euch ab Minute 4:24 als eins von drei Beispielen für solare Prozesswärme eine 221 Quadratmeter (m2) große Solarthermieanlage, die unsere Großanlagensparte Ritter XL Solar für den mittelständischen Betrieb Hustert Galvanik in Rahden in Nordrhein-Westfalen gebaut hat:

Solare Prozesswärme: Wirtschaftlichkeit und Förderinstrumente

Die Fraunhofer-Studie zeigt klar: Solarthermie rechnet sich – vor allem mit den richtigen Fördermaßnahmen. In allen vom Fraunhofer ISE für die Studie untersuchten Szenarien war die solare Prozesswärme günstiger als die rein fossile Wärmeversorgung.

Zum Ermitteln der Wirtschaftlichkeit von Solarthermie-Anlagen simulierten die Forschenden des Fraunhofer ISE Szenarien mit drei Technologien (Flachkollektoren, Vakuumröhrenkollektoren, Parabolrinnenkollektoren) an drei beispielhaften Standorten in Deutschland (Bremen, Würzburg, Lindenberg im Allgäu). Ermittelt wurden die Wärmegestehungskosten von Erdgasthermen und Hybridanlagen für die Temperaturbereiche 80 ° C, 120 ° C und 300 ° C.

In allen untersuchten Szenarien verringerte Solarthermie die Systemkosten der Anlagen (wir berichteten). So ließe sich der Studie zufolge in Würzburg als Standort mit moderater solarer Einstrahlung mit Parabolrinnen und einem Solaranteil von 50 Prozent Prozesswärme von 120 ° C zu durchschnittlichen Wärmegestehungskosten von 9,2 Eurocent je Kilowattstunde (kWh) erzeugen. Bei einem Solaranteil von 20 Prozent würden die durchschnittlichen Wärmegestehungskosten 11,9 Eurocent je kWh betragen. Bei einer reinen Erdgasanlage, unter Berücksichtigung steigender CO₂-Kosten und über die Laufzeit von 25 Jahren, lägen die Kosten im Schnitt dagegen bei 14,10 Eurocent je kWh.

Mitentscheidend dafür, ob sich solare Prozesswärme lohnt, ist oft der Zugang zu Fördermitteln, wie sie über staatliche Fördertöpfe möglich sind: Die Bundesförderung für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft (EEW) bietet über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) zinsgünstige Kredite für die Installation von Solarthermieanlagen (KfW-Kredit Nr. 295, Modul 2) mit bis zu 60 Prozent Tilgungszuschuss. Das macht solare Prozesswärme auch für mittelständische Betriebe finanziell attraktiv, denn sie müssen dann weniger zurückzahlen. Hinzu kommen steuerliche Abschreibungsmöglichkeiten und Vorteile im Rahmen der CO₂-Bepreisung.

Schlüsselergebnisse der Fraunhofer-ISE-Studie im Überblick

Die Studie des Fraunhofer ISE kommt zu folgenden 2 Schlüsselergebnissen:

• Solarthermie ist wirtschaftlich sinnvoll – selbst in Deutschland mit gemäßigtem Klima
• Amortisationszeiten von 3 bis 8 Jahren sind realistisch (mit Förderung)

Das Beispiel “Würzburg” in Zahlen & Fakten

• Technologie: Parabolrinnenanlage mit 34 MW Leistung und Speicher
• Investition: 12,6 Millionen Euro
• Einsparung (diskontiert): 25 Millionen Euro
• gesamtwirtschaftlicher Nutzen:  mehr als 40 Millionen Euro über 20 Jahre

3 Vorteile solarer Prozesswärme in Industrie

• Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern verbessert Planungssicherheit
• stabile Betriebskosten dank kostenfreier Sonnenenergie
• Systemauslegung und Speicherintegration entscheidend für Effizienz

Nicht nur die Forschenden vom ISE, sondern auch der Bundesverband Solarwirtschaft (BSW) sieht enormes Potenzial für die solare Prozesswärme: Er fordert deshalb, dass Solarthermie endlich als Schlüsseltechnologie der Wärmewende in der Industrie erkannt und systematisch genutzt wird.

Solarthermie ist ein Industrie-Booster

Solare Prozesswärme ist eine wirtschaftliche, CO₂-freie und technologisch ausgereifte Lösung für viele industrielle Anwendungen. Die neue Fraunhofer-Studie liefert belastbare Daten – und widerlegt den Mythos, Solarthermie sei in Deutschland unwirtschaftlich. Entscheidungsträger:innen in Gewerbe und Industrie haben damit keine Ausreden mehr.

Im Gegenteil: Wer heute in solare Prozesswärme investiert, spart nicht nur Kosten und Treibhausgasemissionen, sondern macht sein Unternehmen zukunftssicher, resilient und förderfähig.

Fotos: Ritter Energie (Mr. Wash Hannover, Titel), AEE (2 Grafiken)