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Im Gegensatz zu Photovoltaikanlagen nutzen Sonnenkollektoren die erzeugte Energie zur Wassererwärmung und unterstützen bei Bedarf die Heizung. Wie aber lässt sich eine solche thermische Solaranlage in das Heizsystem integrieren?
Eine thermische Solaranlage bringt viele Vorteile: Sonnenkollektoren liefern klimafreundliche und kostenlose Wärme, die für die Wassererwärmung und zur Unterstützung des Heizenergiebedarfs nutzbar ist. In Kombination mit einer fossilen Heizanlage kann so ein wesentlicher Teil der CO2-verursachenden Brennstoffe Heizöl und Erdgas eingespart. Kollektoren auf dem Dach können jedoch auch erneuerbare Energiesysteme wie Wärmepumpen oder Holzheizungen ergänzen. In vielen Fällen verbessern sie die Gesamtenergieeffizienz, weil die Kraft der Sonne in den Sommer- und Übergangsmonaten ausreichend zur Verfügung steht.
Gemäss den meisten kantonalen Bauvorschriften werden thermische Solaranlagen als Standardlösung akzeptiert, wenn sie neue Häuser mit einem Mindestanteil an erneuerbarer Energie versorgen. Dies gilt auch für den Ersatz bestehender Heizungen. Und einige Kantone zahlen sogar Förderbeiträge für den Bau thermischer Solaranlagen. Weil ein Eins-zu-eins-Ersatz von rein elektrischen Wassererwärmern nicht mehr gestattet ist, haben viele Kantone ihre baurechtlichen Bewilligungsauflagen für Solaranlagen im Gegenzug stark vereinfacht.
Wie ist ein solares Warmwassersystems aufgebaut?
Eine thermische Solaranlage dient in Einfamilienhäusern und grossen Wohnhäusern primär als Energiequelle für das Warmwasser. Auf das gesamte Jahr hochgerechnet, liefern Sonnenkollektoren 50 bis 67 Prozent der Energie, die für die Wasseraufbereitung erforderlich ist. Eine Gesamtanlage besteht aus verschiedenen Einzelkomponenten, die teilweise in das Heizungssystem eingebunden werden.
Das zentrale Element einer Sonnenkollektoranlage ist der verglaste, schwarz beschichtete Absorber (Flachkollektor), der auf einem Schräg- oder Flachdach respektive an einer Fassade montiert werden kann. Leitungsschlaufen mit zirkulierendem Wasser nehmen solare Wärme auf und transportieren dieses zum Speicher, der meistens im Keller steht. Die Glasabdeckung und die rückseitige Wärmedämmung mindern die Wärmeverluste der Kollektoren. Ein Frostschutzmittel im Wasser verhindert, dass die Flüssigkeit bei tiefen Aussentemperaturen gefriert.
Sobald die Temperatur in den Sonnenkollektoren höher ist als im Speicher, startet die Umwälzpumpe und bringt die Wärme vom Dach ins Haus. Ventile und Siphons verhindern, dass ein Speicher überhitzen kann.
Thermische Solaranlagen: Welche Sonnenkollektoren gibt es?
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Wo ist der richtige Platz für Sonnenkollektoren?
Die Klimaverhältnisse und die Sonnenscheindauer am Gebäudestandort sowie die geografische Ausrichtung der Dachflächen beeinflussen den solaren Wärmeertrag. Ein guter Platz für Sonnenkollektoren lässt sich immer finden. Folgende Faktoren sind zu berücksichtigen:
- Schrägdach: kann mit integrierten oder aufgesetzten Kollektoren ergänzt werden.
- Flachdach: sehr gut eignen sich aufgeständerte Kollektoranlagen – auch kombiniert mit begrünten Flachdächern.
- Wenig Fläche auf dem Dach: In diesem Fall sind Vakuumröhren-Kollektoren eine Alternative zu Flachkollektoren. Diese sind teurer, erzielen aber 10 bis 50 Prozent höhere Wärmeerträge.
- Fassade: Vertikal montierte Kollektoren sorgen für einen geringeren, aber im Tagesverlauf ausgeglichenen Energieertrag.
- Balkonbrüstung: Röhrenkollektoren und Flachkollektoren können auch als Balkonbrüstungen verwendet werden.
- Garten: Falls das Kollektorfeld nicht beschattet wird, ist auch der Bau einer Anlage im Garten eine akzeptable Lösung.
Mit oder ohne Energiespeicher?
Thermische Solaranlagen benötigen in der Regel einen Wärmespeicher, damit die zeitliche Differenz zwischen der Produktion und dem Verbrauch überbrückt werden kann. Abhängig vom Energiebedarf sind zwei verschiedene Speichersysteme möglich: Wird die Solarenergie nur für die Wassererwärmung genutzt, wird ein einziger Kombispeicher benötigt. Solche Wärmespeicher haben den Brauchwasserbehälter integriert und fassen in einem Einfamilienhaus idealerweise 300 bis 400 Liter erwärmtes Wasser. Soll die solare Wärme auch für die Heizanlage nutzbar sein, braucht es dazu eigene Wärmespeicher mit einem Volumen von 800 bis 1500 Liter.
Ein kombinierter Energie-Wasser-Tank lässt sich durch eine sogenannte Frischwasserstation vereinfachen. Die solare Wärme fliesst dabei wie in einem Durchlauferhitzer in den Energiespeicher und danach über einen elektrisch aufgeheizten Wärmetauscher in den Wasserkreislauf. Damit lässt sich der Temperaturbedarf von 65 °C mit hoher Energieeffizienz decken, der zeitlich beschränkt ist. Dies verhindert die Legionellenbildung im warmen Wasser. Legionellen sind Bakterien, die Infektionen und Krankheiten auslösen können.
Wie wird eine Solaranlage dimensioniert?
Die Praxisregel für die Dimensionierung von Flachkollektoren lautet: Eine Dachfläche von 1 bis 1,5 m2 pro Kopf liefert etwa die Hälfte der jährlich nutzbaren Wärmeenergie. Die ideale Grösse für ein Einfamilienhaus beträgt folglich 5 bis 6 m2. Für beschattete oder nicht optimal geneigte Dachflächen sind Zuschläge von 50 Prozent einzuplanen. Weil viele Dächer jedoch weit grössere Flächen besitzen und sich die Kosten für die eigene Wärmeerzeugung so einfach senken lassen, kann die Solarthermie auch für weitere Anwendungen genutzt werden:
- Moderne Waschmaschinen und Geschirrspüler sind mit einem Warmwasseranschluss ausgerüstet und können problemlos in das solare Erwärmungssystem eingebunden werden.
- Die Unterstützung des Heizsystems erfordert zusätzlichen Aufwand für die hydraulische Integration. Beim Zusammenspiel von Photovoltaik und Wärmepumpe ist zudem die Systemsteuerung besonders zu beachten. Sonnenkollektoren wärmen den Heizkreislauf jeweils auf ungefähr 30°C vor; der Rest der Energie liefert die Heizanlage. Eine 16 m2 grosse Kollektorfläche auf einem Einfamilienhaus deckt 20 bis 25 Prozent des jährlichen Wärmebedarfs für Heizung und Warmwasser ab.
Worauf muss man bei der Installation einer Solaranlage achten?
Praxiskontrollen und Leistungstests von frühen thermischen Solaranlagen deckten wiederholte Mängel bei der Installation und der Steuerung auf. Deshalb sind folgende Faktoren für eine hohe Qualität zu beachten:
- Wärmedämmung der Rohrleitungen, Anschlüsse, Verbindungsstücke und Armaturen
- Druckfeste Rohre und Verbindungen; Leitungsführung mit geringen Strömungswiderständen
- Siphon am Energiespeicher verhindert Rückzirkulation und Auskühlung in der Nacht
- Durchflussmesser einbauen
- Temperaturfühler geschützt installieren
- Temperaturbeständige Komponenten verwenden
- Dokumentation der Anlage bei Betriebsübergabe
Thermische Solaranlagen: Was kosten Sonnenkollektoren?
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