Voraussetzungen Solarthermie Systeme

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Voraussetzungen für die einzelnen Solarthermische Systeme

Solarthermieanlage © Eberhard Rudert, stock.adobe.com
Solarthermieanlage © Eberhard Rudert, stock.adobe.com

Prinzipiell eignet sich beinahe jedes Haus für das Errichten einer Solarthermischen Anlage, selbst bei nicht optimaler Ausrichtung der Dachfläche. Dennoch sind die Dachausrichtung und -neigung mitentscheidende Parameter bei der Auslegung der Kollektorfläche. Darüber hinaus spielen für die Dimensionierung der Solarthermische Anlage die Anzahl im Haushalt lebenden Personen, der gewünschten Kollektortyp sowie der Verwendungszweck der solarthermischen Anlage eine Rolle.

Zur Heizungsunterstützung müssen andere Voraussetzungen erfüllt sein als für die solarthermische Anlage zur Trinkwassererwärmung.

Solare Heizungsunterstützung (Kombianlagen)

Der optimale Neigungswinkel des Daches bzw. der Kollektoren für den Betrieb einer so genannten Kombianlage liegt zwischen 45 und 70 Grad. Da vor allem die Übergangszeiten Herbst und Frühjahr für eine solare Heizungsunterstützung genutzt werden sollen, also eine Zeit, in der die Sonne recht tief und nicht so lange am Himmel steht, kann die Strahlung bei diesem großen Neigungswinkel optimal auf die Kollektorfläche treffen. Weitgehende Schattenfreiheit und eine Ausrichtung zwischen Südost und Südwest sollten dabei ebenfalls gegeben sein, damit die solarthermische Anlage einen möglichst hohen Ertrag hat.

Solarthermie: Ausrichtung und Neigung spielen große Rolle

Eine Kombianlage bietet dabei sowohl die Erwärmung des Trinkwassers als auch die Unterstützung der Raumheizung. Voraussetzung hierfür ist ein Speicher, der für beide Zwecke warmes Wasser zur Verfügung stellen kann. Kombispeicher gibt es in verschiedenen Ausführungen. Entweder als Tank-in-Tank-Speicher oder Pufferspeicher mit internem Wärmeüberträger für die Trinkwassererwärmung (Durchflussprinzip) oder als Pufferspeicher mit externer Frischwasserstation. In allen Fällen wird bei nicht ausreichender solarer Erwärmung des Speicherinhalts durch den vorhandenen Heizkessel (oder eine Wärmepumpe) automatisch nachgeheizt. Bei gleichzeitigem Bedarf von Trinkwarmwasser und Heizungswärme wird die Heizkreispumpe ausgeschaltet (Trinkwasservorrangschaltung).

Solarthermie zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung: Anlagenschema
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Solare Trinkwassererwärmung

Für die solare Erwärmung des Trinkwassers kann ein deutlich flacherer Neigungswinkel gewählt werden, als bei der solaren Heizungsunterstützung. Grund ist hierbei vor allem der Nutzungszeitraum des Systems. Zum Großteil wird die Trinkwassererwärmung in den Sommermonaten (Mai bis September) genutzt, zu einer Zeit, wo die vorhandene Heizung längst abgeschaltet und lediglich noch für die Temperierung des Trinkwassers u.a. zum Duschen benötigt wird. Zu dieser Jahreszeit ist zudem der Sonnenstand deutlich höher als im Winter, so dass der relativ flach aufgestellte Kollektor die Sonneneinstrahlung optimal ausnutzt.

Solarthermie: Solare Trinkwassererwärmung
Solarthermie: Solare Trinkwassererwärmung

Idealerweise ist eine Orientierung des Daches nach Süden, wobei Abweichungen nach Osten und Westen von 45 ° toleriert werden können. Es sollte möglichst den ganzen Tag keine Verschattung durch nahestehende Bäume oder Gebäude auftreten und der Neigungswinkel sollte von 30 bis 50 Grad betragen. Auch wenn diese Punkte nicht gegeben sind, kann die Solarthermische Anlage durchaus noch eine ansehnlichen Ertrag erzielen. Der Solaranlagenbesitzer sollte sich allerdings über mögliche Mindererträge im Klaren sein, damit er nicht von falschen Erwartungen ausgeht und hinterher enttäuscht ist.

Solarthermie: Verschattung beachten, auch für die Zukunft
Solarthermie: Verschattung beachten, auch für die Zukunft

Voraussetzung für eine gut funktionierende solare Trinkwassererwärmung ist dabei allerdings das passende Herzstück der Solarthermischen Anlage: Der Solarspeicher. Die von den Kollektoren gelieferte Wärme wird hierin gespeichert und mittels Wärmeübertrager auf das in ihm enthaltene Trinkwasser übertragen. Ist die Temperatur nicht mehr ausreichend, springt eine zweite Wärmequelle (z.B. die Gasheizung) zur Nachheizung über einen zweiten Wärmeübertrager automatisch ein.

Tipp: Achtung! Nahestehende Bäume, Gauben oder höhere Nachbargebäude können die Kollektorfläche, wenn auch nur teilweise verschatten und zu Ertragseinbußen führen. Besteht der begründete Verdacht einer nennenswerten Verschattung, sollte eine sogenannte Verschattungsanalyse durchgeführt werden. Hierbei wird Vor-Ort vom zukünftigen Kollektorstandort eine Panoramaaufnahme des Horizonts erstellt und im Weiteren mit Hilfe eines Simulationsprogramms ausgewertet. Das Ergebnis liefert eine quantitative Aussage über die Reduzierung des Ertrags bzw. Minderung der zu erwartenden Einsparung und dient als Entscheidungsgrundlage.

Dimensionierung der solarthermischen Anlage

Die Dimensionierung der solarthermischen Anlage richtet sich in erster Linie nach der gewählten Anwendung (Trinkwassererwärmung oder Heizungsunterstützung). Je nachdem, für welche Anwendung die Anlage genutzt werden soll, muss die Dimensionierung sowohl den tatsächlichen Bedarf an Raumwärme und Warmwasser, als auch die gewünschte Kollektorart und die baulichen Gegebenheiten (u.a. Orientierung der Dachfläche) berücksichtigen.

Auch der Größe des Solarspeichers muss auf die Gesamtanlage abgestimmt werden und richtet sich im Wesentlichen nach der Kollektorfläche. Eine Überdimensionierung sollte dabei nicht nur aus Kostengründen, sondern auch aus Effizienzgründen vermieden werden. Viel hilft in diesem Fall nicht wirklich viel!

Solarthermie: Die Anlagengröße sollte möglichst exakt passen, auch für die Zukunft
Solarthermie: Die Anlagengröße sollte möglichst exakt passen, auch für die Zukunft
Tipp: Zu groß dimensionierte Anlagen schlagen aufs Budget und auf die Effizienz! Zu große Kollektorflächen produzieren nicht nutzbare Überschüsse in den Sommermonaten, ein zu großer Solarspeicher muss häufiger nachgeheizt werden.

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Flächenbedarf einer solarthermischen Anlage

Die sinnvolle Kollektorfläche richtet sich sowohl nach der gewählten Systemverwendung (zusätzliche Heizungsunterstützung oder ausschließlich Trinkwassererwärmung) als auch nach der Art der Kollektoren.

Für die Heizungsunterstützung muss mehr Kollektorfläche eingeplant werden
Für die Heizungsunterstützung muss mehr Kollektorfläche eingeplant werden

Bei optimaler Ausrichtung und Neigung des Daches gelten für die Größe der Kollektorfläche und Speicherinhalt je nach Anwendung folgende Faustformeln:

Tabelle: Faustregel: Kollektorfläche pro Person

 Nutzungsart  Flachkollektoren   Vakuumröhrenkollektoren  Speichergröße
Solare Trinkwassererwärmung 1,5 m2 1 m2 80 Liter pro Person
Solare Heizungsunterstützung 3 m2 2 m2 60 Liter/m2 FK, 80 Liter/m2 VRK

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