Funktion der Solarthermie – einfach erklärt 

Thermische Solaranlagen nutzen das Sonnenlicht, um Heizungs- oder Trinkwasser zu erhitzen. Sie sind im Neubau längst Standard und lassen sich im Bestand häufig nachrüsten. Aber wie funktioniert eine thermische Solaranlage? Aus welchen Komponenten besteht sie und worauf kommt es bei der Auslegung einer solchen Anlage an? 

Solarthermie: Die Funktionsweise der Solartechnik 

Die Funktion der Solarthermie lässt sich an einem einfachen Beispiel erklären: Scheint die Sonne auf einen mit Wasser gefüllten Behälter, erwärmt sich die Flüssigkeit im Inneren. Möglich ist das durch die solare Strahlungswärme, die über die Behälterwandungen auf das Wasser übergeht. Die Funktionsweise der Solarthermie basiert auf dem gleichen Prinzip: Hier fangen Kollektoren die Strahlung der Sonne auf. Sie leiten die aufgenommene Energie an eine spezielle Solarflüssigkeit (Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel) weiter, welche die Wärme dann ins Haus transportiert. Abhängig von ihrer Auslegung sorgt die Solarthermieanlage dabei für warmes Heizungs- und/oder Trinkwasser.

Solarthermie macht große Energiepotenziale nutzbar 

An einem einzigen Tag sendet die Sonne mehr Energie zur Erde, als die gesamte Menschheit in einem Jahr verbrauchen könnte. Durch die Funktionsweise der Solarthermie lässt sich ein Teil dieser Energie zur Beheizung von Gebäuden nutzen. Und zwar ohne Brennstoffkosten, fossile Rohstoffe oder schädliche Auswirkungen für unser Klima.

Effiziente Funktion der Solarthermie mit Vakuumröhrenkollektoren
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Die Bauteile der Solarthermie und ihre Funktion 

Für die Funktionsweise einer thermischen Solaranlage sind zahlreiche Bauteile erforderlich. Neben den Kollektoren auf dem Dach gehören auch Wärmespeicher im Haus dazu. Außerdem ist ein Solarkreislauf nötig, um Wärme vom Dach ins Haus transportieren zu können.

Kollektoren ernten die kostenfreie Wärme auf dem Dach

Besonders wichtig für die Funktion der Solarthermie sind Kollektoren, die sich meist auf dem Dach befinden. Sie fangen das Licht der Sonne auf und übertragen die enthaltene Energie auf eine spezielle Solarflüssigkeit. Zum Einsatz kommen überwiegend zwei Bauformen:

  • Flachkollektoren: Flachkollektoren bestehen aus einem wärmegedämmten Kasten, der zur Sonne hin mit einer transparenten Scheibe abgedeckt ist. Im Inneren befindet sich ein dunkel eingefärbtes Blech. Der sogenannte Absorber hat die Aufgabe, möglichst viel Energie aufzunehmen. Er erwärmt sich im Sonnenlicht und überträgt thermische Energie an eine Flüssigkeit, die durch Rohre auf seiner Rückseite strömt.
  • Vakuumröhren-Kollektoren: Vakuumröhren-Kollektoren bestehen aus einzelnen Glasröhren, die einen Absorber und eine spezielle Flüssigkeit beinhalten. Auch hier nimmt der Absorber die Energie der Sonne auf. Er überträgt sie an ein Wärmeträgermedium, das dabei verdampft. Es steigt in der Röhre nach oben und erhitzt die Solarflüssigkeit. Letztere strömt durch den sogenannten Sammler, an dem alle Röhren eines Kollektors angeschlossen sind. Für eine besonders effiziente Funktion der Solarthermie saugen Hersteller die Luft aus den Röhren. Das verringert die Wärmeverluste und sorgt für einen höheren Ertrag.

Wann Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren zum Einsatz kommen, hängt von den Bedingungen vor Ort ab. Ist die Ausrichtung günstig und die unverschattete Fläche auf dem Dach ausreichend groß, bieten Flachkollektoren das beste Preis-Leistungs-Verhältnis. Ist die Funktion der Solarthermie gestört, etwa durch eine ungünstige Ausrichtung oder knappe Flächen, kommen häufig preisintensivere Vakuumkollektoren zum Einsatz.

Wärmespeicher bevorraten Solarwärme im Haus 

Die Funktion der Solarthermie ist grundsätzlich an die solare Strahlung gebunden. Scheint die Sonne nicht, ernten die Solarkollektoren auch keine Wärme. Um die kostenfreie Energie bestmöglich im Haus zu nutzen, kommen Wärmespeicher zum Einsatz. Dabei handelt es sich um isolierte Behälter, die Heizungs- oder Trinkwasser beinhalten. Die Flüssigkeit erwärmt sich, wenn die Sonne scheint, und die Wärme wird bis zum Bedarf im Haus bevorratet. Auf diese Weise können Hausbesitzer Solarwärme sogar nachts nutzen.

Solarkreislauf ermöglicht die Funktionsweise der Solarthermie

Der Solarkreislauf besteht aus Rohrleitungen, die Kollektoren und Speicher miteinander verbinden. Sie beinhalten meist eine spezielle Solarflüssigkeit. Diese besteht aus Wasser und einem Frostschutzmittel, damit die Anlage auch im Winter nicht einfriert. Eine Solarpumpe lässt die Flüssigkeit zirkulieren, sodass die Wärme aus dem Kollektor auch im Speicher ankommt. Sicherheitsarmaturen wie ein Sicherheitsventil oder ein Membranausdehnungsgefäß gewährleisten dabei die störungsfreie Funktionsweise thermischer Solaranlagen.

Übrigens: Die Wärme der Sonne reicht nicht immer aus, um den Bedarf im Haus zu decken. Um Hausbesitzer zuverlässig mit Energie versorgen zu können, kommen sogenannte Solarregler zum Einsatz. Die Bauteile überwachen die Speichertemperatur und schalten eine zusätzliche Heizquelle (zum Beispiel eine Gasbrennwerttherme) zu, wenn der Energievorrat nicht mehr ausreicht.  

Tipps für die Auslegung einer thermischen Solaranlage

Für die störungsfreie Funktion der Solarthermie sind bereits bei der Auslegung einige Punkte zu beachten. Neben bestimmten Voraussetzungen kommt es dabei vor allem auch auf die richtige Dimensionierung an. Die folgende Tabelle gibt wichtige Tipps.

Tipps zur Funktion der Solarthermie Beschreibung
Ausrichtung Die Funktion der Solarthermie hängt von der Sonne ab. Für einen hohen Ertrag sollten die Kollektoren dabei im besten Falle nach Süden zeigen. Bei West- und Ostausrichtung müssen Hausbesitzer hingegen mit Einbußen von etwa 20 Prozent rechnen. Ausgleichen lassen sich diese zum Beispiel mit einer größeren Kollektorfläche.
Neigung Genau wie die Ausrichtung hat auch die Neigung einen großen Einfluss auf die Funktionsweise der Solarthermie. Optimale Ergebnisse erzielen Kollektoren mit einer Neigung von 35 Grad.
Verschattung Den höchsten Ertrag erzielen Kollektoren, die den gesamten Tag der prallen Sonne ausgesetzt sind. Verschattete Dächer sorgen hingegen für geringere solare Gewinne. Um das zu vermeiden, sollten Hausbesitzer vor der Installation prüfen, ob Häuser, Bäume oder Berge ihre Schatten auf die eigenen Dachflächen werfen.
Fläche Die Größe der Kollektoren hängt von der Funktion der Solarthermie ab. Soll die Technik das Trinkwasser erwärmen, empfehlen Experten überschlägig eine Kollektorfläche von 1,0 bis 1,5 Quadratmeter pro Person im Haushalt. Eine Solar-Heizung sollte hingegen eine größere Kollektorfläche aufweisen. Hier empfehlen Experten mindestens einen Quadratmeter pro zehn Quadratmeter beheizter Fläche im Haus.
Speichergröße Der Wärmespeicher ist wichtig für die Funktionsweise thermischer Solaranlagen. Wie viel Wasser er aufnehmen sollte, hängt dabei von der Betriebsart ab. Bei Anlagen zur Trinkwassererwärmung ist ein Volumen von etwa 60 bis 80 Liter pro Person im Haushalt zu empfehlen. Für eine Solar-Heizung sollte der Speicher mindestens 1.000 Liter beziehungsweise 40 bis 50 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche aufnehmen können.

Damit die Solarthermie effizient funktioniert, sollten Experten die Auslegung immer individuell an die Gegebenheiten vor Ort anpassen. Die Angaben in der Tabelle geben hingegen einen ersten Überblick. Sie helfen, die Anlage überschlägig zu dimensionieren und zu prüfen, ob die einzelnen Komponenten auch ins Haus passen.

Übrigens: Wer im Bestand von der Funktion der Solarthermie profitieren möchte, bekommt attraktive Fördermittel. So unterstützt das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) Sanierer mit einem Zuschuss in Höhe von 30 Prozent, wenn Sie eine thermische Solaranlage nachrüsten. Die wichtigsten Informationen zu Konditionen, Voraussetzungen und zur Antragstellung sind im Beitrag Förderung für Solartechnik zu finden. 

Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz
Fazit von Alexander Rosenkranz
Wie funktioniert eine thermische Solaranlage? Die Antwort ist einfach: Kollektoren nehmen Strahlungsenergie der Sonne auf. Sie erwärmen eine Flüssigkeit, welche die Solarwärme dann zu einem Speicher im Haus transportiert. Dieser hält die Energie vor, bis sie für die Warmwasserbereitung oder die Raumheizung erforderlich ist. Für eine zuverlässige und effiziente Funktion der Solarthermie kommt es jedoch auf eine individuelle Planung an. Neben der Ausrichtung und der Neigung spielen dabei auch die Größe der Kollektoren und das Volumen der Speicher eine Rolle.