Wie funktioniert ein SonnenEnergieHaus mit Vakuumröhrenkollektor?

Sonnenhaus mit Röhrenkollektor

Eine Solaranlage, die ihre größten Erträge im Winter und in der Übergangszeit bringt – klingt unmöglich? Gibt es aber: Ulrike Weiss und Jürgen Groll aus Wildenberg im Herzen Bayerns haben ihr Haus mit genau so einer Anlage ausgestattet. Seit November 2013 wohnen sie dort ebenerdig, ohne Keller und ohne den riesigen Solarspeicher, der die meisten der bisher hier vorgestellten Sonnenhausprojekte kennzeichnet – in einem SonnenEnergieHaus.

Hohe solare Deckung ohne Saisonspeicher

Möglich ist das durch hoch effiziente Vakuumröhrenkollektoren. Sie sind nicht auf dem Dach montiert, sondern senkrecht an der Fassade. Das sorgt in den Sommermonaten für einen “schlechteren” Einfallswinkel der Sonnenstrahlung (für die maximale Sonnenernte sollten die Sonnenstrahlen möglichst senkrecht auf den Kollektor treffen) – also dann, wenn ohnehin ein Überangebot an Strahlungsenergie da ist und die Anlage dazu neigt, in thermische Stagnation zu gehen. Thermische Stagnation bedeutet, dass der Solarkreislauf zum Stillstand kommt, weil im Haus keine Wärme mehr abgenommen wird. So könnte es zur Überhitzung der Anlage kommen, was vor allem bei Systemen mit Wasser-Glykolgemisch als Wärmeträger problematisch ist. Die Anlage in Wildenberg wird dagegen mit reinem Wasser betrieben und kann auch Temperaturen bis zu 300 Grad schadlos meistern.

Reduzierte Stillstandszeiten im Sommer, höhere Erträge im Winter

Durch die senkrechte Anordnung der Kollektoren werden diese sommerlichen Ertragsspitzen abgemildert. In den Wintermonaten hingegen steht die Sonne niedriger am Horizont, und der Einfallswinkel auf die Kollektoren nähert sich dem Optimum. Die Anlage ist so eingestellt, dass nur Temperaturen über 60°C vom Kollektor in den Speicher eingebracht werden. Dass das selbst bei tiefen Außentemperaturen möglich ist, konnten die Bauherren gleich kurz nach dem Einzug im November überprüfen.

Außen Eis, innen 70 Grad

Die beiden folgenden Bilder stammen beide vom 27.11.2013 vormittags. Auch wenn uns der Hausverstand sagt, das so etwas nicht möglich ist: Diese Kollektoren sind außen vereist und haben innen 70 Grad. Unglaublich aber wahr!

Vereiste Röhren am 27.11.2013

Vereiste Röhren am 27.11.2013

 

SonnenEnergieHaus-Groll-Kollektortemperatur

Temperaturen im Solarkreislauf am 27.11.2013

Minimaler Platzbedarf für die Haustechnik

Dank der Ertragsstärke der Kollektoren im Winter genügt ein Pufferspeicher mit 1.100 Liter Inhalt; er hat außerdem eine Frischwasserstation zur Warmwasserbereitung. Der Raum für die Haustechnik ist lediglich 10 m² groß und findet in der Mitte des Hauses Platz, sodass Zirkulationsverluste in der Heizanlage vermieden werden.

Vom 6. November 2013 bis 27.Juli 2014 betrug der Solarertrag 3860 KWh, und auch die Wärme, die der Kaminofen in den Pufferspeicher einspeist, können Jürgen Groll und seine Partnerin über einen eigenen Wärmemengenzähler messen: 1.830 kWh waren es von Anfang November bis Anfang März im vergangenen Winter.

Und hier nochmal die Eckdaten des SonnenEnergieHauses zusammengefasst:

Wohnfläche

135 m²
Primärenergiebedarf27 kWh/m²a
Kollektorfläche13,5 m² Vakuumröhrenkollektoren (Wasser als Wärmeträger)
Neigung/AusrichtungNeigung 90° (Wandmontage), 21° Abweichung nach Osten
Speicher1.100 Liter Solarspeicher mit Frischwasserstation
Solare Deckung60 % (gerechnet mit Simulationsprogramm)
Nachheizung14,9 KW Kaminofen mit Wassertasche
Brennstoffbedarf2 Ster Stückholz pro Jahr (Erfahrungswert 6.11.2013 bis 7.3. 2014)
SolarteurHaustechnik Hofer GmbH, Rudelzhausen
WandaufbauHolzrahmenbauweise (Balloon Framing) mit Zellulosedämmung in den Zwischenräumen, Hanfdämmung auf der Wandinnenseite, außen Holzfaserplatten + Außenputz
LüftungLüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und Nachheizregister
Stromerzeugung5 kW Photovoltaikanlage

Sonnenhaus oder SonnenEnergieHaus?

Bei der Ausführung der Gebäudehülle, der Fenster und der Haustür wurde auf gute Dämmwerte und Luftdichtheit Wert gelegt. Laut Herrn Groll erreicht die Luftdichtheit Passivhaus-Standard – daher auch die Lüftungsanlage mit Wärmerrückgewinnung. Wie beim Konzept des Sonnenhaus-Institutes auch, liegt der Fokus bei diesem Haustyp auf einem hohen solaren Deckungsgrad, jedoch benötigt das Haus in Wildenberg keinen so großen Speicher.

Wer sich das Haus und die Heiztechnik aus der Nähe anschauen möchte: Einfach bei Hofer Solar nachfragen – der Bauherr Jürgen Groll arbeitet dort als Assistent der Geschäftsleitung.

Kleiner Exkurs: Braucht es eine Lüfungsanlage?

Wie beim Sonnenhaus mit Flachkollektoren auch, ist ein SonnenEnergiehaus mit Vakuumröhrenkollektoren auch ohne Lüftungsanlage denkbar – Stichwort “Intelligentes Verschwenden“: Dämmstandard und Luftdichtheit können moderater gestaltet werden (und dabei immer noch über dem gesetzlichen Mindeststandard liegen), wenn der dadurch etwas höhere Wärmebedarf regenerativ gedeckt wird – was bei hoch effizienten Kollektoren ja erst recht kein Problem sein sollte. Dafür spart man sich die Technik und den Energiebedarf für die Lüftungsanlage. Aber das ist wie immer vom individuellen Projekt und den Bedürfnissen der Bauherren abhängig.

Fotos: Jürgen Groll

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Vielen Dank und sonnige Grüße

16 Kommentare zu “Wie funktioniert ein SonnenEnergieHaus mit Vakuumröhrenkollektor?”

  1. Sebastian L.

    Einteressantes Konzept, wenn auch ein bisschen viel Werbung in letzter Zeit für einen Hersteller, der sich nun mit dem leicht abgeleiteten Begriff “SonnenEnergieHaus” schmückt. Wenn es der Verbreitung der Solarwärme dient, nun gut … Auf die Messdaten bzw. Energiebilanz von einem ganzen Jahr bin ich sehr gespannt – bestätigen sich die 60% solarer Deckungsgrad mit dem Verhältnis: Kollektor zu Speicher, einer gewöhnlichen Kombianlage wäre das Klasse. Wie wird allerdings das Warmwasser im Sommer bereitet, sollte die Sonne mehrere Tage nicht scheinen? Gewöhnlich ein Problem von Anlagen mit ausschließlich Kollektoren in der Fassade.

    1. Cornelia Daniel-Gruber

      Man kanns leider niemandem recht machen. Letzte Woche große Beschwerdewelle weil wir so viel über Flachkollektoren schreiben, diese Woche weil wir über Vakuumröhren schreiben. Ich fürchte auch, dass sich in nächster Zeit die Berichte zu diesen Häusern häufen werden, weil es tatsächlich ein sehr spannendes Konzept zu sein scheint, unglaublich viele Leser diesen Bericht toll fanden und der kleine Speicher ist nunmal für viele wichtig. Wir werden in jedem Fall dranbleiben, nach dem Winter wieder über die Echtwerte berichten und ich entschuldige mich prophylaktisch für alle Vakuumröhren- und Flachkollektorberichte der nächsten Zeit. Wir sind nun mal ein Solarthermieblog, der von einem Vakuumröhrenhersteller herausgegeben wird um der Solarthermie eine Bühne zu geben und ich finde es großartig, dass Ritter diese neutrale Plattform geschaffen hat und es wäre wohl sehr eigenartig, wenn alle außer deren Produkte vorgestellt würden.

    2. Juergen Groll

      Hallo,

      für drei Personen reicht das Warmwasser bis zu 7 Tage aus. Wir hatten die gleichen Bedenken wie Sie. Die Solaranlage haben wir jetzt desöfteren abgeschaltet um die Warmwassermenge zu testen.

  2. Jürgen Groll

    Hallo,

    seit März ist die Puffertemperatur im unteren Bereich des Speichers nie unter 60°C gefallen. Das heißt es stehen uns rund 1000 L Pufferwasser mit meist über 70°C zur Verfügung, die über den Durchlauferhitzer Warmwasser bereiten können.
    Wir hatten an einigen Tagen nacheinander, mit sehr hoher Einstrahlung, die Anlage komplett ausgeschaltet. Die Anlage wird über eine Fernabfrage dokumentiert und auch an den Temperaturverläufen ist jederzeit erkennbar, dass die Speichertemperatur mehr als ausreichend ist.
    Durch die vorgegebene Einspeisetemperatur von 60°C wird eben nur Wärme eingespeist, wenn sie ausreichend ist, um Warmwasser zu bereiten oder die Heizung zu unterstützen.
    Es ist sehr interessant zu sehen, was die Anlage mit diffuser Strahlung schafft.
    Ich bin jetzt seit 22 Jahren dabei Solarsysteme zu planen und zu bauen. Auf unserem alten Haus haben wir eine 16m² große Flachkollektoranlage, die mittlerweile 18 Jahre alt ist. Zu keiner Zeit konnte diese Anlage auch nur annähernd den 800 L Oskar-Schichtspeicher so beschicken, wir wir das jetzt mit der neuen Anlage können. Trotz der Drehzahlregelungen in den Pumpen und wirklich absolut abgestimmter Anlage.
    Auch mehrere andere Anlagen, die ich schon seit Jahren kenne tun sich mit unseren Ergebnissen schwer.
    Ob man es glauben will oder nicht, die technische Entwicklung ist einfach nicht stehen geblieben. Die ersten Sidney-Röhren ohne Spiegel und mit Frostschutzfüllung die Ende der 90er Jahre von der Fa. Kraus-Solar vorgestellt wurden und die momentane Plasma-Version von Paradigma sind Welten von einander entfernt.
    Meine private Meinung, ohne jemanden beleidigen zu wollen: in keiner anderen Branche wird der technische Fortschritt den wir in der Solarbranche erleben, vom Flachkollektor zum Vakuumröhrenkollektor, so negativ betrachtet. Das ist sehr schade, denn das Potential wäre enorm.

    1. Cornelia Daniel-Gruber

      Vielen Dank für diese ausführliche Antwort und ja, Sie haben Recht, dass es wohl in wenigen Branchen so viel Widerstand gegen den technischen Fortschritt gibt… Eine Frage hätte ich noch. Der 60% Deckungsgrad wird nur mit diesen drei Kollektoren erreicht, richtig? Gab es vorab auch Berechnungen ob es mit einem Kollektor mehr noch sinnvoller gewesen wäre? Warum wurden es gerade diese drei und nicht vier?

  3. Roberta

    sicherlich ein behaglicher Wohnkomfort: Super Isolierung und Holzofen und Rückgewinnung.
    Bei 2 Ster Holz ersetzen ca 400 Liter Öl. 135m² mal 2,7Liter = 365 Liter Bedarf. Ergo: Das Haus bräuchte
    rechnerisch gar keine Kollektoren. Natürlich sind die prima für WW und auch den Sommer. 368 Liter kamen von den Kollektoren und von den 400 Litern, die im Holz steckten sind 183 in die Heizung eingebracht worden.
    Damit ist der Wärmebedarf des Hauses auch deutlich höher als die 2,7 Liter.
    Solche Offenlegung der realen Verbrauchswerte ist in jedem Fall hilfreich. Leider zeigt das hier nicht auf, dass das nun ausgerechnet was mit der massiven Bestückung der Wände mit Röhren zu tun hat. Will man über das Jahr das meiste aus WW-Kollektoren herausholen, montiert man sie mit 35°. Will man den Ertrag über den Winter maximieren, dann ständert man sie auf 60°. Mein Simulationsprogramm meint aber, dass der Unterschied von 35° zu 60° bei den Röhrenkollektoren nichts bringe, Der Hersteller sagt, das läge an den Spiegeln, dass der Neigungswinkel hier weniger Auswirkungen habe, als bei Flachkollektoren. Das Problem ist nicht der Winkel, sondern die Tatsache dass die Tage im Winter einfach zu kurz sind 🙂 Man braucht das nicht zu studieren: Man überlege sich, dass man hier mit projizierten 10m² bester Kollektoren und 4 Stunden schlapper Wintersonne 135m² für 24Stunden beheizen möchte – da steckt das eigentliche Problem.
    Für Häuslebauer ist doch wichtig: Wieviel muss ich investieren für welchen Ertrag – und das ist und bleibt, bei aller Euphorie, ernüchternd.
    Ein gemütliches Haus ist es trotzdem, wenn auch für kleine Fußballrabauken suboptimal.

    1. Jürgen Groll

      Wichtig ist, die Wärmeverluste und die Wirkungsgrade zu beachten. Laut Herstellerangaben verliert der Puffer übers Jahr 1.200 KWh. Wirkungsgrad Ofen ca. 80%. Luft- und Strahlungsanteil ca 30%. Die 90°Fassadenmontage verringert die Stillstandszeiten im Sommer enorm, verringert aber auch den Ertrag um ca. 30%. Wobei wir diesen Ertrag wahrscheinlich niicht nutzen könnten.
      Gestern hatten wir 10 KWh Solarertrag aus sehr schlapper Wintersonne. Die reichen aber aus, um die Warmwasserbereitung aufrecht zu erhalten. Heizen ist dann bei den passiven Gewinnen nicht notwendig.
      Ich würde 13,5m² nicht als massiv bezeichnen. Jede KWh, die nicht aus fossilen Brennstoffen oder Holz stammt ist doch ein Gewinn. Und eine einfachere Technik, wie Kollektoren montieren, eine Pumpe dazu und einen Speicher aufstellen gibt es doch gar nicht.
      Es ist bei sehr guter Dämmung völlig ausgeschlossen, das Warmwasser nicht über Kollektoren zu machen. Warmwasser über den Ofen zu machen, würde eine Raumaufheizung bewirken, die sehr unangenehm wäre. Alternativ wäre der E-Heizstab.
      Bei sonnigen Wintertagen (Sonnenscheindauer auf die Kollektoren von ca. 8:30 bis 15:30 Uhr; Zeitraum Mitte November bis Ende Januar) erreichen wir rund 30 bis 35 KWh. Das reicht aus, um das Haus 36 Stunden zu beheizen.
      Leider gewöhnt sich die Familie alngsam aber sicher an ein gemütliches Kaminfeuer und Raumtemeraturen um 25°C. Das heißt, wir werden wohl mehr Holz für den Wohlfühlfaktor verbrauchen als eigentlich notwendig wäre.
      Man sieht, das das Nutzerverhalten bei gut gedämmten Häusern ein Parameter ist, das schwerlich zu simulieren bzw zu berechnen ist.

  4. Tobias Binhack

    Hallo Herr Groll,
    mussten Sie die Tage schon anheizen und werden sie über den Winter den Solarertrag dokumentieren?
    Ich finde es enttäuschend das die Solarethermie in der Passivhaus Gemeinde keine grosse Zustimmung erhält.

    1. Jürgen Groll

      Hallo,

      erster Heiztag war der 29.Oktober. Jeden zweiten Tag heizen wir ein.
      Leider dokumentiere ich nicht täglich, sondern alle paar Wochen notiere ich den Stand der Wärmemengenzähler. Ich gelobe aber Besserung.

  5. Norbert

    Hallo, ein einfach gebauter Spiegel mit ca. 20 Grad Neigung könnte die Wärmeausbeute noch einmal stark erhöhen.
    https://www.youtube.com/watch?v=END-S9wyphc
    In diesem Fall wurden allerdings Flachkollektoren verwendet.
    Was ist Ihre Meinung dazu ?
    Ich freue mich auf weitere Erfahrungen mit Ihrem Sonnenhaus und werde Ihre Erkenntnisse in meinem Haus umsetzen.

  6. Juergen Groll

    Mal die neuesten Daten:

    6.November 2013 (Inbetriebnahmedatum) bis 31.Juli 2016

    Solarertrag: 10.132 KWh (Solaranlage wird desöfteren manuell abgeschaltet um Speicherschichtung und Dauer der Speicherentladung ermitteln zu können)
    Eingebrachte Energiemenge vom Kaminofen in Pufferspeicher 5.733 KWh (eigener Wärmemengenzähler)
    Energiemenge Warmwasserverbrauch 3.172 KWh
    Stromverbrauch Nachheizung Pufferspeicher: 9 KWh
    Gesamtstromverbrauch: 5.534 KWh
    Holzverbrauch: zweieinhalb Ster pro Heizperiode

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Vielen Dank und sonnige Grüße

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