Was ist Solarthermie: Einführung & FAQ

Klimaneutral, kostenlos und unbegrenzt verfügbar: Die Nutzung der Sonne als erneuerbare Energiequelle hat viele Vorteile. Jährlich stehen in Deutschland pro Quadratmeter im Mittel 1.050 Kilowattstunden Sonnenenergie zur freien Verfügung. Mit dieser Energie lässt sich nicht nur Strom erzeugen, sondern auch Wärme für Heizung und Warmwasser. So leistet Solarthermie einen wichtigen Beitrag, den Verbrauch fossiler Energien zu senken und CO2-Emissionen zu reduzieren.

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Die wichtigsten Fakten auf einen Blick

  • Solarthermie bedeutet Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme
  • Die Technik für Solarthermie ist weitgehend ausgereift
  • Rund zehn Prozent der Gebäude in Deutschland nutzen Solarthermie
  • Der CO2-Ausstoß wird durch Einsatz von Solarthermie deutlich reduziert

Was ist Solarthermie: Definition

Der Begriff Solarthermie bedeutet: mit Sonnenenergie Wärme erzeugen; entweder zum Erwärmen des Trinkwassers oder zum Heizen. Dazu werden sogenannte Sonnenkollektoren verwendet. Die Solarthermie zeichnet sich durch eine besonders gute Ökobilanz aus.

Solarthermie einfach erklärt

Aus Sonnenenergie wird Wärme – das ist das einfache Prinzip der Solarthermie. Meist wird die Energie aus der Sonneneinstrahlung mit Hilfe von Kollektoren auf dem Dach eingefangen, in den Heizungskeller transportiert und dort für die Warmwasserbereitung oder zum Heizen genutzt. Die Technik für Solarthermie gilt als weitgehend ausgereift und Sonne scheint in ganz Deutschland ausreichend.

Minirechner

Wie hoch ist die Sonneneinstrahlung in meinem Postleitzahlenbereich?

Die Solarthermie hat somit das Potenzial, einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende zu leisten. Dennoch sind solarthermische Anlagen auch heute noch nicht sonderlich weit verbreitet. Von den insgesamt etwa 21 Millionen Wärmeerzeugern in Deutschland nutzen rund 2,2 Millionen Solarthermie. Das heißt, nur bei etwas mehr als zehn Prozent der Heizanlagen für Häuser und Wohnungen kommt Solarthermie aktuell zum Einsatz.

In der Regel deckt eine Solarthermieanlage den Bedarf an Heizenergie nicht vollständig, sondern wird mit einer herkömmlichen Heizung kombiniert. In sogenannten Sonnenhäusern ist die Solarthermie hingegen die wichtigste oder sogar einzige Heizquelle im Haus. Wegen des enormen Bedarfs an Speichervolumen und Kollektorfläche wird dieses Konzept allerdings eher selten umgesetzt; es lässt sich überdies meist nur in einem Neubau realisieren.

Die Grafik zeigt eine solarthermische Anlage in schematischer Darstellung, jeweils für heißes Wasser und zum Heizen.

Wie funktioniert Solarthermie?

Eine Solarthermieanlage besteht im Wesentlichen aus den Solarkollektoren, einer Pumpe und einem Speicher. Ausgangspunkt der Anlage sind die Kollektoren, die meist auf dem Dach angebracht sind. In ihnen wird die Strahlungsenergie der Sonne eingefangen. Sie erwärmt eine Flüssigkeit, die sich in den Kollektoren befindet. Über eine Pumpe wird die erwärmte Flüssigkeit durch einen Rohrkreislauf in den Solarspeicher transportiert. Die Wärme wird gespeichert und kann schließlich mit Hilfe eines Wärmetauschers zur Erwärmung des Trinkwassers oder zur Unterstützung der Raumheizung genutzt werden. Solarspeicher können sich je nach Dimension und Auslegung der Solarthermieanlage unterscheiden.

Schritt für Schritt zur Solarthermie

Unser Leitfaden zeigt Ihnen, worauf Sie bei Planung und Installation von Solarthermie achten sollten.

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Solarthermie oder Photovoltaik? Unterschiede im Vergleich

Solarthermieanlagen wandeln Sonnenenergie in Wärme um. Photovoltaikanlagen machen aus Sonnenlicht elektrischen Strom. Dabei nutzen sie den physikalischen Effekt der Verarbeitung von Strom zu Licht mittels Leuchtdioden – nur umgekehrt. Der bei der Photovoltaik erzeugte Strom kann entweder im Haushalt verbraucht oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Der Erzeuger erhält dafür eine gesetzlich vorgeschriebene Einspeisevergütung. Das heißt: Bei einer Photovoltaikanlage kann die erzeugte Energie voll genutzt werden.

Bei einer Solarthermieanlage hingegen wird besonders im Sommer mehr Sonnenenergie gesammelt, als genutzt werden kann. Denn: Die Wärme, die im Haushalt nicht benötigt wird, kann derzeit nicht in öffentliche Wärmenetze eingespeist werden. Außerdem ist die Speicherkapazität der meisten Anlagen nicht groß genug, um diese Wärme längere Zeit zu speichern.

Unterschiede zwischen Solarthermie und Photovoltaik

 

SolarthermiePhotovoltaik

Art der erzeugten Energie

Wärme

Strom

TechnologieSonnenkollektorenPhotovoltaik-Module
EinsatzbereichHeizung und WarmwasserStrom, Warmwasser, Heizung (z.B. mit Wärmepumpen)

Möglichkeit der Einspeisung ins öffentliche Energienetz

nein

ja

Wirkungsgrad der Gesamtanlagerund 22 - 35 Prozentrund 12 Prozent
FörderungZuschuss auf die InvestitionskostenEinspeisevergütung nach EEG
Amortisationlängerkürzer
CO2-Einsparung pro Jahr65-125 kg/m²65-105 kg/m²

Wenn Sie vor der Entscheidung zwischen Solarthermie und Photovoltaik stehen, sollten Sie verschiedene Faktoren berücksichtigen: zum Beispiel Ihren Energiebedarf, Ihr Budget und die zur Verfügung stehende Dachfläche. Eine Photovoltaik-Anlage ist vor allem dann attraktiv, wenn ein möglichst großer Anteil des erzeugten Stroms selbst verbraucht wird. Immer häufiger wird dabei der Strom auch zum Erwärmen des Trinkwassers genutzt.

Bei entsprechendem Budget und ausreichender Fläche ist es durchaus möglich, Solarthermie und Photovoltaik gleichzeitig auf einem Dach zu nutzen. Zudem existieren auch Hybridmodule, die beide Funktionen miteinander vereinen.

Für wen eignet sich Solarthermie?

Solarthermieanlagen lassen sich grundsätzlich sowohl auf Neu- als auch auf Altbauhäusern installieren. Am besten eignen sich stark geneigte Dächer mit einem Neigungswinkel von etwa 45 Grad und einer südlichen Ausrichtung. In diesem Fall sind die Installationskosten am geringsten und die Energieausbeute am höchsten. Werden Dächer mit westlicher oder östlicher Ausrichtung für Solaranlagen genutzt, ist eine etwas größere Kollektorfläche notwendig. Auf Flachdächern werden Solarkollektoren „aufgeständert“.

Wirtschaftlich kann sich eine Solarthermieanlage für Haushalte am ehesten ab drei bis vier Personen rentieren – und zwar vor allem dann, wenn sie einen großen Anteil des Warmwasserbedarfs deckt. Zudem eignet sich Solarthermie optimal für den Betrieb einer Fußbodenheizung.

Steht bei Ihnen eine Modernisierung oder der Tausch der bestehenden Heizanlage an? Dann sollten Sie über den Einbau einer Solaranlage nachdenken. Sowohl für eine komplette Erneuerung als auch für eine teilweise Nachrüstung gibt es Förderprogramme vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA), der Förderbank KfW sowie Ländern, Kommunen und privaten Versorgern. Ob sich die Installation einer Solarthermieanlage in Ihrem konkreten Fall lohnt, können Sie mit dem interaktiven SolardachCheck überprüfen.

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Stromverbrauch und Solarthermie

Eine Solarthermieanlage kann dazu beitragen, Ihren Stromverbrauch zu senken. Zum Beispiel, indem Sie Ihre Waschmaschine und den Geschirrspüler direkt ans Warmwasser anschließen – vorausgesetzt, sie sind dafür geeignet. In diesem Fall übernimmt die Solarthermieanlage die Erwärmung des Brauchwassers. Die in den Haushaltsgeräten integrierten Elektroheizungen, die oft einen hohen Stromverbrauch haben, werden nicht mehr benötigt. So verbrauchen Sie deutlich weniger Strom.

Auch die Solarthermieanlage selbst verbraucht Strom – vor allem zum Pumpen der Solarflüssigkeit. Deswegen ist auf ein besonders effizientes Modell zu achten. Bei älteren Solarthermieanlagen kann es sinnvoll sein, die Solarpumpe auszutauschen. Denn neue Pumpen sind meist wesentlich effizienter als alte Pumpen.

Vor- und Nachteile von Solarthermie

Moderne Solarthermieanlagen bieten zahlreiche Vorteile, haben allerdings auch ein paar Schattenseiten, wie die folgende Tabelle veranschaulicht.

Vorteile einer SolarthermieanlageNachteile einer Solarthermieanlage
Umweltfreundlichkeit:Investitionskosten:

Beim Betrieb einer Solarthermieanlage entstehen keine CO2-Emissionen. Wer Solarthermie nutzt, reduziert den Verbrauch fossiler Brennstoffe wie Heizöl oder Erdgas.

Die anfänglichen Investitionskosten für eine Solarthermieanlage sind relativ hoch. Die Kosten werden auch vom Wirkungsgrad bestimmt: Je effizienter die Anlage, desto höher die Investitionskosten.

Staatliche Förderung: Wetterabhängigkeit:

Für die Installation von Solarthermie gibt es staatliche Förderungen und zinsgünstige Kredite.

Der Energieertrag einer Solarthermieanlage ist abhängig vom Umfang der Sonneneinstrahlung.

Sparpotenzial: Standortabhängigkeit:

Mit dem Betrieb einer Solarthermieanlage können Sie im Vergleich zu einer herkömmlichen Heizanlage langfristig Heizkosten sparen.

Zur Installation der Kollektoren benötigen Sie eine geeignete Dachfläche. Schatten von Nachbargebäuden oder Bäumen können den Solarertrag senken.

Langlebigkeit: Notwendige Umbauten:

Hochwertige Solaranlagen können noch nach über 30 Jahren zuverlässig Wärme erzeugen. Einige Hersteller geben Garantiezeiträume von 20 Jahren an.

Für die Installation der Solarleitung zwischen Kollektoren und Speicher müssen manchmal Umbauten vorgenommen werden.

Kombinationsmöglichkeit:

Solarthermieanlagen können problemlos mit Brennwertheizungen, Wärmepumpen oder anderen Heizanlagen kombiniert werden.

Geschichte der Solarthermie

Bereits die alten Ägypter und Mesopotamier sowie die frühen Hochkulturen Südamerikas nutzten die Wärme der Sonnenstrahlen. Ihre Gebäude hatten eine spezielle Architektur: Fenster und Türen waren so positioniert, dass die Sonnenwärme aufgenommen und im Gebäude gespeichert werden konnte. Auch das Grundprinzip der Solarthermie half den Menschen bereits seit der Antike. Schon 800 vor Christus kamen einfache Solarspiegel zum Einsatz, um Sonnenstrahlen auf einen Punkt zu fokussieren und so Wasser zu erwärmen.

Die Vorläufer der heutigen Sonnenkollektoren erfand der Schweizer Naturforscher Horace-Bénédict de Saussure im 18. Jahrhundert. Der von ihm entworfene Prototyp des Flachkollektors mit Glasabdeckung erzielte bereits Temperaturen von bis zu 83 Grad Celsius und hat sich in seiner Bauart bis heute kaum verändert. De Saussure nutzte darüber hinaus das Prinzip der Solarthermie für den Betrieb von Gewächshäusern.

Ein Wendepunkt in der jüngeren Geschichte der Solarthermie war die erste Ölkrise. Stark steigende Preise für Erdöl führten dazu, dass Mitte der 1970er Jahre erste umfassende Konzepte entwickelt wurden, um Solarthermie für die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung zu nutzen.

Entwicklung der installierten Solarthermie-Anlagen von 2002 bis 2016 in Millionen

Zukunft der Solarthermie

Es gibt einige Faktoren, die für eine vielversprechende Zukunft und eine breitere Nutzung der Solarthermie sprechen. Dazu zählt, dass sie in Wohnhäusern auf eine recht einfache Art und Weise große Teile des Wärmebedarfs decken kann. Zudem könnten mit Solarthermie der Bedarf an fossilen Energieträgern und damit auch die CO2-Emissionen deutlich gesenkt werden. Ein Problem: Die erzeugte Wärme muss bisher immer vom Erzeuger selbst verbraucht werden. Doch immer mehr Entwickler arbeiten an großen Anlagen mit saisonalen Speichern und der Möglichkeit, Solarwärme in Nah- und Fernwärmenetze einzuspeisen. Dadurch würde sich die Rentabilität von Solarthermieanlagen in Zukunft deutlich erhöhen.

Manche Firmen setzen bereits heute auf sogenannte solare Großanlagen. Diese Anlagen besitzen Absorptionskältemaschinen, um Solarwärme zur Kühlung von Räumen und Gebäuden zu nutzen. Auch Solarthermie-Kraftwerke werden kontinuierlich weiterentwickelt. In ihnen wird Sonnenlicht gebündelt, um mit dem daraus entstehenden Wasserdampf Stromgeneratoren anzutreiben. Als besonders zukunftsweisend gilt das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelte Solarturmkraftwerk, das mit einer innovativen Technologie und höheren Temperaturen arbeitet und so bessere solare Wirkungsgrade erzielt.

Lohnt sich Solarthermie?

Ob sich Solarthermie lohnt, hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Dazu zählen zum Beispiel die Ausrichtung des Dachs, die Größe des Hauses, die Anzahl der Familienmitglieder und nicht zuletzt die Höhe verfügbarer Fördermittel. Mit dem interaktiven SolardachCheck können Sie prüfen, ob sich Solarthermie für Sie lohnt. Konkrete Beispiele finden Sie im Praxistest-Solarthermie-Artikel zum Thema Monitoring und Alltagsfragen.

Minirechner

Eignet sich mein Dach für Solarthermie?

Wie viel CO2 lässt sich durch Solarthermie sparen?

Röhrenkollektor auf Hausdach mit Sonnenreflektion

Mit einer Solarthermieanlage können Sie nicht nur Ihre Heizkosten senken, sondern auch Ihre CO2-Emissionen deutlich reduzieren. Im Vergleich zum Heizen mit Gas spart Solarthermie etwa 250 Gramm CO2 pro Kilowattstunde Nutzwärme.

Ein Beispiel für den Jahresverbrauch in einem 140 Quadratmeter großen Einfamilienhaus mit vier Bewohnern: Mit Solarthermie für Warmwasser sparen Sie bei einer Anlage mit sechs Quadratmetern Flachkollektoren und einem 300-Liter-Speicher jährlich rund 500 Kilogramm CO2. Um die gleiche Menge CO2 zu binden, müssten Sie jedes Jahr etwa 40 Bäume pflanzen.

Wenn Sie im selben Gebäude Solarthermie für Heizung und Warmwasser installieren (mit 15 Quadratmetern Flachkollektoren und einem 1.000-Liter-Speicher) ist eine CO2-Ersparnis von 800 Kilogramm möglich. Um diese Menge CO2 zu kompensieren, müssten Sie jedes Jahr mehr als 60 Bäume pflanzen. Weitere Beispiele zu CO2-Einsparungen finden Sie bei unserem Praxistest Solarthermie.

Solarthermieanlage selbst bauen

Im Internet kursieren einige Anleitungen, um Solarkollektoren selbst zu bauen. Das ist zwar möglich – aber in Punkto Kapazität und Effizienz ist eine solche Anlage Marke Eigenbau allerdings nicht mit einer professionellen Solarthermieanlage zu vergleichen. Außerdem gilt: Selbst gebaute Solarthermieanlagen werden vom BAFA oder der KfW nicht gefördert.

Dennoch können beispielsweise Pool-Kollektoren von Hausbesitzern mit handwerklichem Geschick selbst aufgebaut werden. Und auch beim Einbau einer Solarthermieanlage für Heizung und Warmwasser spricht nichts dagegen, bestimmte Arbeiten selbst zu erledigen und so die Installationskosten zu senken. Angefangen von Wanddurchbrüchen für die Solarthermieleitung vor der Installation bis zu Malerarbeiten nach dem Einbau.

Kühlung mit Solarthermie: Geht das wirklich?

Klimaanlagen verbrauchen in der Regel sehr viel Strom und nutzen oft klimaschädigende Kältemittel. Kühlen ist jedoch auch mit Hilfe von heißem Wasser möglich, also mit Solarthermie. Der Vorteil: Am größten ist der Kältebedarf meist im Sommer – gerade dann, wenn Solarthermieanlagen auf Hochtouren laufen. Mit dem heißen Wasser können Absorptions- oder Adsorptionskältemaschinen betrieben werden. So lässt sich jede Menge Strom sparen und Emissionen werden vermieden. Der Nachteil: Sorptionskältemaschinen sind in der Anschaffung wesentlich teurer als herkömmliche Klimaanlagen. Sie rechnen sich deswegen trotz Förderung meist nur, wenn besonders viel oder das ganze Jahr über Kälte benötigt wird. Deswegen kommt die Solarthermie-Kühlung vor allem in Industrie und Gewerbe zum Einsatz. Für die meisten Ein- oder Zweifamilienhäuser und auch Mehrfamilienhäuser ist sie bisher nicht geeignet.

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