Solaranlage – Strom oder Wärme für den Eigenbedarf

Thermische Solaranlagen zur Gewinnung von Umweltwärme

Die Solarthermie ist eine Sonnenanlage, die kostenfreie solare Strahlung auffängt und sie in Wärme umwandelt. Diese lässt sich dann zum Beispiel zur Warmwasserbereitung oder zur Heizungsunterstützung nutzen. Da das Energieangebot der Sonne durch Verschattung, Bewölkung oder ihre Stellung am Himmel schwankt, wird sie in der Regel mit einem anderen Heizsystem kombiniert. Die Verbindung aus Wärmepumpe oder Gasheizung mit Solar  sorgt zum Beispiel dafür, dass das Haus immer mit ausreichend Wärme versorgt werden kann, auch wenn die Sonne mal nicht genügend Energie liefert und somit die Funktion der Solarthermie eingeschränkt ist.

Aus welchen Komponenten besteht eine Solaranlage zur Wärmeerzeugung?

Eine Solarthermieanlage besteht aus einer Reihe von Komponenten, die sich sowohl im Neubau als auch bei einer Sanierung installieren lassen.

• Die  Kollektoren  auf dem Dach (Flachkollektoren,  Röhrenkollektoren  oder Vakuumröhrenkollektoren) nehmen die Strahlung der Sonne auf. Dies ist vergleichbar mit einem geschlossenen Regenfass. Die Energie überträgt sich auf das im Inneren befindliche Wasser.
• Der Solarkreislauf mit Regelungs- und Sicherheitstechnik besteht aus einem Rohrnetz, das die Kollektoren mit der gesamten Heizungsanlage verbindet. Eine Umwälzpumpe sorgt dafür, dass eine Solarflüssigkeit zirkuliert, welche die Wärme zum Speicher transportiert.
• Da die Wärme vor allem bei Solaranlagen zur Warmwasserbereitung meist dann benötigt wird, wenn die Sonne nicht scheint, muss die Energie gepuffert werden. Diese Aufgabe übernimmt ein Speicher, der je nach Einsatzgebiet der Solaranlage mit Trinkwasser oder Heizungswasser befüllt ist.

Wie können Solaranlagen zur Wärmeerzeugung eingesetzt werden?

• Für  Solar-Warmwasser  wird die gewonnene Energie ausschließlich auf den Trinkwasserspeicher übertragen. Reicht die kostenfreie Umweltenergie nicht aus, stellt ein zusätzlicher Wärmeerzeuger sicher, dass immer genügend Wärme vorhanden ist. Da die gesamte Solaranlage zu diesem Zweck eine überschaubare Größe hat, kann sie neben Neubauvorhaben oft auch gut in ein bestehendes Gebäude integriert werden.  
  
• Bei einer Sonnenanlage zur Heizungsunterstützung wird die gesamte Umweltenergie zunächst in einen Pufferspeicher geschickt. Dieser ist mit Heizungswasser gefüllt und hält die Wärme zur Beheizung des gesamten Gebäudes vor. Auch hier wird der Speicher neben der Solaranlage von einem zweiten Wärmeerzeuger versorgt. Dieser schaltet sich jedoch erst dann ein, wenn die Energie im Speicher zu knapp ist und Haus oder Warmwasser nicht mehr ausreichend versorgt werden können.  Im Vergleich zu Sonnenanlagen, die ausschließlich zur Warmwasserbereitung installiert werden, haben Anlagen zur Heizungsunterstützung oft größere Kollektorflächen sowie einen größeren Speicher.
  

Was kostet eine Solarwärmeanlage?

Die Kosten einer Sonnenanlage zur Wärmeerzeugung unterscheiden sich, je nachdem, zu welchem Zweck die Anlage eingesetzt werden soll. Für eine Solaranlage zur Warmwasserbereitung müssen Hausbesitzer mit Kosten um die 3.000 bis 5.000 Euro rechnen. Eine Anlage zur Heizungsunterstützung kann dagegen Kosten von 8.000 bis 14.000  Euro verursachen. Die Preise für eine Solarwärmeanlage können jedoch nach Region, Hersteller und Dienstleister variieren und stellen damit nur eine grobe Kosteneinschätzung  dar. Abhängig von der solaren Deckungsrate – dem Anteil der Solarenergie am Wärmebedarf – können die Kosten auch höher ausfallen.  Der Staat unterstützt den Kauf einer Sonnenanlage mit hohen Förderungssummen. Einen Überblick über aktuelle Möglichkeiten finden interessierte Hausbesitzer im Artikel  Förderung für Solartechnik.

Solartechnik zur Gewinnung von Strom  

Im Gegensatz zu Solarthermieanlagen gewinnen Photovoltaik-Sonnenanlagen Strom aus der kostenfreien Energie der Sonne. Dieser lässt sich zum Beispiel im eigenen Haus verwenden - alternativ können Hausbesitzer  Solarstrom einspeisen. Da die Einsparungen der Solaranlage am höchsten sind, wenn Hausbesitzer möglichst viel Strom selbst verbrauchen, werden moderne Solarstromanlagen meist mit einem Speicher ausgestattet. Dieser nimmt die elektrische Energie auf, wenn die Sonne scheint und hält sie so lange vor, bis sie im Haus benötigt wird. Mit Ausnahme von Klimageräten. Diese benötigen den meisten Strom zum Kühlen, wenn die Sonne scheint. Übrigens: Anders als die Solarthermie lässt sich die Photovoltaik mit einer  Mini-Solaranlage  auch in Wohnungen nutzen.

Aus welchen Komponenten besteht eine Sonnenanlage zur Stromerzeugung?

• Die Kollektoren oder Solarmodule wandeln die Strahlung der Sonne in elektrische Energie um. Genauer passiert das in den  Solarzellen, in denen die Elektronen bei der Bestrahlung mit Licht zwischen zwei unterschiedlichen Materialien wandern.
• Die Module der Solaranlage wandeln das auftreffende Licht in Gleichstrom um. Damit dieser aber im Haus genutzt oder in das öffentliche Stromnetz umgewandelt werden kann, muss er zunächst in Wechselstrom umgewandelt werden. Diese Aufgabe übernehmen die  Photovoltaik-Wechselrichter.
• Der  Stromspeicher  puffert die Energie der Solaranlage solange, bis sie im Haus benötigt wird. Neben dem Selbstversorgungsgrad kann damit auch die Einsparung deutlich gesteigert werden (siehe:  Photovoltaik zum Eigenverbrauch)

Wie können Photovoltaikanlagen eingesetzt werden?

Solaranlagen, die Strom auf den Dächern von Ein- oder Mehrfamilienhäusern erzeugen, werden in der Regel netzgekoppelt installiert. Das heißt, sie sind mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden. Auf diese Weise können die Anlagen Strom aus dem Netz beziehen, wenn die Sonne gerade nicht scheint und die Speicher gleichzeitig leer sind.  

Eine Alternative zu netzgekoppelten Sonnenanlagen sind Inselanlagen. Diese bestehen ausschließlich aus Modulen, Wechselrichter und Speicher. Sind alle Vorräte aufgebraucht, kann dabei kein Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen werden. Um das zu verhindern, werden die Stromspeicher der Solaranlage für einen Drei- bis Viertagesvorrat ausgelegt.

Was kostet eine Photovoltaikanlage?

Wie teuer die Solaranlage zur Stromerzeugung auf einem Hausdach ist, hängt generell von ihrer Größe ab. Für eine Anlage mit einer Spitzenleistung von fünf Kilowatt und einem Speicher mit einer Kapazität von vier bis fünf Kilowatt müssen Hausbesitzer einen Preis von 12.000 bis 15.000 Euro einplanen.  Da Photovoltaikanlagen besonders umweltfreundlich sind und zusammen mit Stromspeichern auch zu einer Entlastung der öffentlichen Stromnetze führen, werden sie vom Staat gefördert. Welche Mittel dabei zur Verfügung stehen, lesen Sie in unserem Artikel zur Förderung der Photovoltaik.

Vor- und Nachteile von Solartechnik

Wann lohnt sich eine Solaranlage?

Wer die Möglichkeit hat, die kostenlose Sonnenenergie in Wärme oder Strom umzuwandeln, sollte diese unbedingt nutzen. Denn als Energielieferant ist Sonnenenergie nicht nur langfristig verfügbar, sondern auch noch umweltfreundlich. Damit die Anlage wirtschaftlich bleibt, sind mehrere Voraussetzungen zu erfüllen: 

• richtige Auslegung der Anlage
  
• ausreichende globale Sonneneinstrahlung
  
• optimale Dachausrichtung und -neigung

Die Auslegung der Anlage

Die passende Auslegung für eine Solaranlage bekommen Hausbesitzer und Interessenten bei einem Angebot ihres Fachberaters. Schließlich entscheiden auch die Dachfläche und die Art der eingesetzten Kollektoren über die Größe. Es gibt aber grobe Richtwerte, woran sie sich orientieren können. Als Faustregel für die richtige Größe einer Solarthermieanlage gilt:

• 1,0 bis 1,2 Quadratmeter Flachkollektoren pro Person
  
• 0,8 bis 1,00 Quadratmeter Vakuumröhrenkollektoren pro Person
  

Als Faustregel für die richtige Größe einer Photovoltaikanlage gilt:

• 1 Kilowatt peak (kWp) erzeugt bis zu 1.000 Kilowattstunden pro Jahr
  
• bei einem Verbrauch von 4.000 Kilowattstunden reicht theoretisch eine Anlage mit 4 bis 5 kWp

Globale Sonneneinstrahlung    

Entscheidend für einen wirtschaftlichen Betrieb einer Solaranlage sind neben der Größe vor allem die globale Sonneneinstrahlung. Während der Norden Deutschlands eher wenig davon hat, können sich Gegenden im Süden über ausreichende Sonneneinstrahlung freuen. Nach Experteneinschätzungen gibt es deutschlandweit aber keine Einschränkungen. Es kommt auf die richtige Auslegung sowie Dachneigung und -neigung an.  

Nach Süden oder Südosten ausgerichtete Dächer sind  optimal

Hausdächer, die nach Süden oder Südosten ausgerichtet sind, eignen sich in der Praxis bestens für eine Solaranlage. Für die optimale Dachneigung geben Experten einen Neigungswinkel von 20 bis 60 Grad an. Wichtig ist auch hier, dass die Anlage nicht verschattet wird. Außerdem sollte sie möglichst frei von Störfaktoren wie Schmutzschicht oder Blätter sein. In manchen Fällen empfiehlt sich eine  Photovoltaik-Renigung  durch Fachfirmen.

Sind alle Voraussetzungen erfüllt, können Hausbesitzer die Sonnenenergie auch doppelt nutzen - mit einer Solaranlage zur Strom- und Wärmeerzeugung. Wie das schematisch aussehen kann, zeigt das folgende Bild.  

Was spricht also für den Umstieg auf Solartechnik?

Wie oben bereits gezeigt, bietet Solartechnik, ob zur Strom- oder Wärmeerzeugung, allerlei Vorteile. Doch nicht selten gibt es noch Hemmnisse, diese Technik in sein Haus zu integrieren. Dabei sprechen folgende Argumente dafür, auf Photovoltaik oder Solarthermie zu setzen:

• Die Preise für Module und Stromspeicher sinken drastisch. Hauptgründe dafür sind der zunehmende Wettbewerb, die technische Weiterentwicklung und der sogenannte Skaleneffekt (sinkende Stückkosten durch Automatisierung des Arbeitsprozesses und der zunehmenden Produktionsmenge).
• Grundsätzlich gibt es eine Einspeisevergütung (Netzbetreiber sind verpflichtet diesen Strom abzunehmen), die in den vergangenen Jahren gesunken ist.  Die Einspeisung in das öffentliche Stromnetz lohnt sich heute kaum noch, weshalb die Hersteller von Solaranlagen ihre Produkte nur durch Anpassung der Preise attraktiv gestalten können.
• Der Betrieb zusammen mit einem Batteriespeicher ist besonders günstig. Durch die sinkende Einspeisevergütung wird es zunehmend günstiger, den selbst produzieren Strom auch selbst zu verbrauchen. Großer Vorteil: die Speicher werden immer leistungsfähiger.  
• Da kaum bewegliche Teile vorhanden sind, ist der Verschleiß dementsprechend gering. Warum eine PV-Anlage dennoch etwas Pflege gebrauchen kann, lesen Sie im Beitrag "Wartung der Solaranlage".