Solarthermie

Der Sonnenkollektor wandelt die Sonnenstrahlen in Wärme um. Er ist der «Motor» der Anlage. Je mehr Quadratmeter Kollektorfläche, desto mehr Wärmeenergie kann erzeugt werden.

Ein Sonnenkollektor besteht, vereinfacht dargestellt, aus einer schwarzen Fläche mit integrierten Kühlkanälen, dem Absorber. Scheint die Sonne auf die schwarze Fläche, wird der Absorber heiss. Bestückt man diesen Kollektor auf der Vorderseite zusätzlich mit einem Glas mit Antireflexbeschichtung und auf der Rückseite mit einer Isolation, werden höhere Temperaturen erreicht (Treibhauseffekt). Die Temperatur in den Kollektoren eines Flachkollektors liegt in Betrieb zwischen 50–80°C.

Die richtige Ausrichtung und Neigung des Kollektors bei der Installation auf dem Dach sind entscheidend für eine optimale Nutzung der Anlage. Um die Heizleistung im Winter zu verbessern, werden die Kollektoren nach Süden, in Richtung der Wintersonne, ausgerichtet. Die Neigung beträgt 35°–90° wobei der Bereich von 45°–70° ideal ist, da wegen der im Winter tiefer verlaufenden Sonnenbahnen steilere Kollektoren mehr Leistung erbringen.

Die Effizienz von Sonnenkollektoren ist mit einem Wirkungsgrad von 70 - 85 % sehr hoch, was im Gegensatz zur Photovoltaik (15 - 22 %) rund 3-4 Mal höher ist.

Bei Schrägdächern besteht die Möglichkeit des Ein- oder Aufbaus; die Kollektoren werden entweder anstelle von, oder über den Dachziegeln installiert. Man spricht dann von einer Indach- oder einer Aufdachanlage.

Für die Nutzung der Sonnenenergie bedarf es einem Solarkreislauf. Der Solarkreislauf ist ein Leitungssystem vom Speicher zu den Kollektoren. Ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel zirkuliert in kleinen Kanälen, dem sogenannten Absorber, in den Kollektoren. Die heisse Solarflüssigkeit von den Kollektoren wird abtransportiert und im Pufferspeicher über einen Wärmetauscher ausgekühlt. Die kalte Flüssigkeit vom Speicher wird nun wieder zum Kollektor gepumpt, wo sie sich wieder erwärmen kann.

Der Solarkreislauf ist ein in sich abgeschlossenes System, da der Frostschutz nur für die Sonnenkollektoren benötigt wird.

Durch verschiedene Pumpen und Ventile und einer vollautomatischen Steuerung wird sichergestellt, dass die Anlage so viel Wärme wie möglich erzeugt.

Zur Installation einer Solarthermieanlage gehört immer auch ein passender Wärmespeicher. Denn die Sonnenenergie steht meist nicht genau dann zur Verfügung, wenn sie im Haushalt benötigt wird.

Ein Solarspeicher ist ein gut isolierter Wassertank mit integriertem Boiler und Wärmetauscher, der in der Regel im Keller installiert wird. Er nimmt die gewonnene Wärme tagsüber auf und speichert sie. Je nach Grösse kann er unterschiedlich viel Energie speichern. Bei Bedarf gibt der Speicher die Wärme wieder ab – sei es für warmes Wasser beim Duschen oder zur Unterstützung der Heizung.

Kleinere Anlagen werden meist zur Erzeugung von Warmwasser (Trinkwasser) eingesetzt. Im Gegensatz zur Heizung braucht es Warmwasser auch im Sommer, weshalb die Sonnenenergie vom Sommer auch genutzt werden kann. Dazu reicht bereits ein kleiner Solarspeicher mit einem integrierten Boiler.

Ab mittleren Anlagen kann die Solarthermie Energie für Heizung und Warmwasser bereitstellen. Dazu muss sowohl die Kollektorfläche als auch der Solarspeicher grösser dimensioniert werden. Die Unterstützung der Heizung ist vor allem in den Überganszeiten zwischen Sommer und Winter spürbar, weil dort die Sonne noch viel scheint und die Heizleistung im Vergleich zum Winter tief ist. 

Bei ganz grossen Anlagen mit sehr grossen Solarspeichern können Warmwasser und Heizwärme fast ausschliesslich durch die Solarthermie abgedeckt werden. Dazu wird der Speicher im Sommer erhitzt und speichert die Energie bis in den Winter. Dieses sogenannte Sonnenhaus lässt sich vor allem im Neubau realisieren, wo der Platz für den Speicher von Anfang an eingeplant werden kann.

Der Einbau von Solarthermieanlagen kann als zusätzliche Heizung verstanden werden. In den meisten Fällen ist Solarthermie eine Ergänzung eines Heizsystems. In Schlechtwetterphasen übernimmt die Hauptheizung die Wärmeerzeugung. Solarthermie kann mit fast allen beliebigen Heizungen kombiniert werden wie beispielsweise Holz, Gas, Öl oder Wärmepumpe. Jenni Energietechnik ist überzeugt von der Kombination aus einer Holzheizung und einer Solarthermieanlage. Holz ist eine regional nachwachsende Ressource. Mit dem Einsatz von Solarthermie kann der Verbrauch von Holz reduziert werden, was sowohl ressourcenschonend als auch zukunftsfähig ist.

Ergänzend zur Solarwärmeanlage kann neben den Kollektoren eine Photovoltaikanlage für die Stromproduktion installiert werden. Bei der Kombination von Solarthermie und Photovoltaik sprechen wir von einem Energiedach.

Thermische Solaranlagen zählen zu den effizientesten Möglichkeiten, erneuerbare Energie für Ihr Zuhause zu nutzen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizsystemen sind sie unabhängig von schwankenden Energiepreisen und bieten eine zuverlässige, kostenstabile Wärmequelle. Gleichzeitig bleibt die Wertschöpfung in der Region. Deshalb sind wir der Ansicht, dass Solarenergie überall dort genutzt werden sollte, wo es möglich ist.

Sie haben eine Öl- oder Gasheizung und möchten mit einer Solaranlage in Ihrem Einfamilienhaus ein Teil des Brennstoffes mit erneuerbaren Energien ersetzen. Mit der Installation einer Solarthermieanlage könnten sie für den Sommer Wärme erzeugen, um den Warmwasserbedarf und zudem einen Teil des Heizbedarfs im Herbst und Frühling abzudecken.

Für die Integration ins Heizungssystem bietet sich ein Kombispeicher mit Wärmetauscher an, da Ölheizungen oft einen zu kleinen Pufferspeicher haben, welcher keinen Wärmetauscher zum Anschluss von Solarthermie hat. Somit ist es in den meisten Fällen sinnvoll einen neuen Kombispeicher zu installieren, welcher mit beiden Systemen gut läuft und auf beide Systeme ausgerichtet ist. Jenni Energietechnik ist Meister darin, den passenden Speicher für Ihr System herzustellen. Falls der Kellerzugang zu eng ist, schweissen wir den Speicher direkt vor Ort zusammen. So ermöglichen wir auch bei bestehenden Gebäuden die Nutzung der Solarthermie.

Wir sehen diese Art von Solarthermieanlagen als sehr sinnvoll, weil es ein erster Schritt zur Reduktion von fossilen Brennstoffen ist. Denn wir sind der Meinung, dass wenn die Sonne scheint, keine fossilen Brennstoffe für die Energiegewinnung verwendet werden sollen. Dies schont die Umwelt und hilft, die Energiewende konkret zu erreichen.

Ein bestehendes Haus lässt sich in der Regel nur schwer in ein Sonnenhaus mit hohem solaren Deckungsgrad umbauen. Für einen Neubau sind folgende drei Punkte wichtig:

1. Grosse, optimal ausgerichtete Solarthermie-Fläche

Nach Süden ausgerichtete Dachflächen, um eine effiziente Solaranlage zu installieren, idealerweise 15–25 m² oder mehr je nach Gebäudegrösse.

2. Möglichkeit für Wärmespeicher

Für eine ganzjährige solare Deckung braucht es einen grossen Speicher (mehrere tausend Liter), der die Sonnenwärme aus dem Sommer in den Winter übertragen kann. In bestehenden Gebäuden fehlt dafür oft der Platz im Keller oder Technikraum.

3. Wärmedämmung / Gebäudehülle / Energieeffizienz

Der Wärmebedarf sollte möglichst minimiert werden. Ohne gute Wärmedämmung ist der Ertrag der Sonne nicht genügend hoch, um die Heizleistung im Winter zu erbringen. Ein Passivhaus-Baustandard und eine Wärmeverteilung über die Bodenheizung helfen, dass die Heizung so wenig Leistung wie möglich erbringen muss. 

Diese 3 Punkte müssen kumulativ erfüllt sein, dass ein Haus mit hohem solarem Deckungsgrad möglich wird. Deshalb ist es oft schwer, ohne umfassende Sanierung bestehende Häuser gänzlich mit Solarthermie zu versorgen. Mehr davon erfahren sie auf unserer Seite zum Sonnenhaus.

Ja, auch mit bestehenden Dachfenstern ist eine Solarthermieanlage grundsätzlich möglich. Die Kollektoren lassen sich so anordnen, dass Ihre Dachfenster nicht beeinträchtigt werden. Zusätzlich gibt es heute moderne Lösungen, bei denen Dachfenster direkt in das Kollektorfeld integriert sind – so profitieren Sie gleichzeitig von natürlichem Tageslicht und nachhaltiger Wärmegewinnung. Für die optimale Umsetzung lohnt sich eine individuelle Beratung. Zudem benötigt Solarthermie eher wenig Fläche um guten Ertrag zu liefern. Somit reichen auch kleine Dachflächen aus.

Solarthermie kann gezielt eingesetzt werden, um Erdsonden zu regenerieren: Überschüssige Sonnenwärme aus den Sommermonaten wird ins Erdreich geleitet und wärmt die Sonden aktiv auf. So wird einer Auskühlung des Erdreichs vorgebeugt, die Effizienz der Wärmepumpe langfristig gesichert und die Lebensdauer der Anlage deutlich verlängert – ganz ohne zusätzlichen Energieaufwand.

Dazu gibt es keine pauschale Antwort. Auf einem Dach sollte nur so viel Thermie verbaut werden, wie auch effektiv Wärme im Haus selbst genutzt werden kann. Ein gut isoliertes Haus benötigt viel weniger Energie zum Heizen, als ein Altbau. Somit ist auch eine kleinere Fläche Kollektoren sinnvoll. Dazu kommen noch andere Faktoren wie Dachneigung und Speichergrösse. Jenni Energietechnik hat jahrelange Erfahrung mit dem Dimensionieren von Solarthermieanlagen. Wir beraten Sie gerne, wie viel Dachfläche in Ihrem Anwendungsfall sinnvoll ist. Füllen Sie das Kontaktformular für Solaranlagen aus. So haben wir eine Grundlage, um Sie professionell beraten zu können.

1. Flachkollektor

Flachkollektoren bestehen aus einer dunklen Absorberplatte, die Sonnenlicht einfängt und in Wärme umwandelt. Diese Wärme wird an eine darunter liegende Flüssigkeit (meist ein Wasser-Frostschutzgemisch) weitergegeben, die die Energie zum Speicher transportiert. Die Konstruktion ist mit einer transparenten Abdeckung versehen, die den Absorber vor Witterungseinflüssen schützt und gleichzeitig den Wärmeverlust minimiert.

2. Vakuumröhrenkollektor

Röhrenkollektoren bestehen aus mehreren parallel angeordneten Glasröhren, die ein Vakuum zur optimalen Isolierung enthalten. Im Inneren jeder Röhre befindet sich ein Absorber, der die Sonnenstrahlung in Wärme umwandelt. Die gewonnene Energie wird über eine Wärmeträgerflüssigkeit zu einem Speicher transportiert. Durch die Vakuumisolierung sind Wärmeverluste minimal, was den Kollektor auch bei kühlen Temperaturen besonders effizient macht.

Flachkollektoren haben im Vergleich zu Röhrenkollektoren folgende Vorteile:

• Preis
• Ästhetik
• Möglichkeit zur Indachanlage
• Robustheit

Dadurch, dass bei der Solarenergie die Energie der Sonne direkt in die Energieform umgewandelt wird, in welcher sie auch gebraucht wird, ist die Solarthermie sehr effizient in der Erwärmung von Wasser. Durch die Leitung zum Warmwasserspeicher geht nur wenig Energie verloren, was den Wirkungsgrad nicht senkt. Der Wirkungsgrad einer Solarthermieanlage ist mit guten Solarkollektoren bei 70 - 85 %, was im Vergleich zur 20 % bei Photovoltaikanlagen ein sehr grosser Unterschied ist. Auch die Speicherung der Wärme lässt sich mit einem Kombispeicher sehr effizient lösen. Wasser ist ein günstiges Speichermedium und eignet sich deshalb sehr gut, die Energie zu aufzunehmen. Mit einem genügend grossen Energiespeicher kann die Sonnenwärme sogar saisonal gespeichert werden.