Solarheizung im Haus: Kollektor, Speicher, Warmwasser und Pool

Was eine Solarheizung leistet — und was nicht

Der Unterschied zur Photovoltaik ist grundlegend und wird trotzdem oft übersprungen. Eine PV-Anlage wandelt Licht in Strom, den man in Wärme umsetzen kann — mit einem Verlust bei jeder Umwandlung. Eine Solarheizung nimmt die Strahlung direkt als Wärme auf und gibt sie an ein Wärmeträgermedium ab. Der Wirkungsgrad einer thermischen Anlage liegt dadurch bei 50 bis 70 Prozent, der einer PV-Anlage bei 18 bis 22 Prozent.

Der Preis für diesen Vorteil ist die Verwendbarkeit. Strom lässt sich für alles nutzen und ins Netz einspeisen; Wärme muss dort gebraucht werden, wo sie anfällt, und lässt sich nur begrenzt speichern. Daraus folgt die zentrale Regel: Eine Solarheizung wird nach dem Wärmebedarf ausgelegt, den sie tatsächlich bedienen kann — nicht nach der verfügbaren Dachfläche.

Der zweite Punkt ist der Jahresverlauf. Von Mai bis September deckt eine richtig dimensionierte Anlage den Warmwasserbedarf eines Haushalts nahezu vollständig. Im Dezember und Januar, wenn der Heizbedarf am größten ist, liefert dieselbe Anlage einen Bruchteil. Diese Gegenläufigkeit ist keine Schwäche der Technik, sondern ihre wichtigste Auslegungsgröße.

Solarthermie Kollektor: Bauarten im Vergleich

Der Solarthermie Kollektor ist das Bauteil, das über Ertrag und Preis entscheidet. Zwei Bauarten teilen den Markt, dazu kommt eine dritte für einen sehr speziellen Zweck.

Der Flachkollektor besteht aus einem Absorberblech unter einer Glasscheibe, gedämmt nach hinten. Er ist robust, günstig und im Sommer kaum zu schlagen. Seine Schwäche liegt bei niedrigen Außentemperaturen, weil die Verluste über die Scheibe mit der Temperaturdifferenz wachsen.

Der Vakuumröhrenkollektor umgibt jeden Absorberstreifen mit einer evakuierten Glasröhre. Ohne Luft gibt es kaum Wärmeleitung nach außen, und genau deshalb liefert er auch im Februar bei fünf Grad noch nutzbare Temperaturen. Er kostet je Quadratmeter etwa das Doppelte, braucht aber für denselben Ertrag rund ein Drittel weniger Fläche — auf einem kleinen oder verschatteten Dach ist das der entscheidende Punkt.

Die unverglaste Absorbermatte ist kein Kollektor für Gebäudewärme. Sie hat keine Abdeckung, keine Dämmung und verliert Wärme an die Umgebung, sobald das Wasser wärmer wird als die Luft. Für ein Schwimmbad mit 26 Grad Solltemperatur ist genau das kein Problem — dazu weiter unten mehr.

Solarkollektor Warmwasser: Fläche, Speicher, Deckungsanteil

Die Warmwasserbereitung ist der Fall, in dem sich eine Anlage am zuverlässigsten trägt, weil der Bedarf ganzjährig anfällt und das Temperaturniveau niedrig bleibt. Für Solarkollektor Warmwasser gelten zwei Faustformeln, die zusammen gelesen werden müssen: Fläche je Person und Speichervolumen je Quadratmeter Fläche.

• Kollektorfläche: 1,2 bis 1,5 m² Flachkollektor je Person, 0,8 bis 1,0 m² bei Vakuumröhren.
• Speichervolumen: 50 bis 80 Liter je Quadratmeter Kollektorfläche, mindestens jedoch das Doppelte des Tagesbedarfs, damit ein bedeckter Tag überbrückt wird. Worauf es beim Behälter selbst ankommt, steht unter Warmwasserspeicher.
• Vierpersonenhaushalt: etwa 5 bis 6 m² Flachkollektor und ein bivalenter Speicher mit 300 Litern.

Ein zu kleiner Speicher ist der häufigste Auslegungsfehler. Er führt dazu, dass die Anlage an sonnigen Tagen mittags abschaltet, obwohl noch Ertrag da wäre, und abends trotzdem nachgeheizt werden muss. Ein zu großer Speicher kostet Bereitschaftsverluste, ist aber der harmlosere Fehler.

Heizungsunterstützung: wann sie trägt

Eine Anlage mit Heizungsunterstützung speist zusätzlich in den Heizkreis ein. Sie braucht mehr Fläche, einen Kombispeicher und eine Heizung, die mit niedriger Vorlauftemperatur arbeitet — sonst kann die Solarwärme gar nicht abgenommen werden.

Die letzte Zeile entscheidet. Eine Anlage, die 45 Grad liefert, kann eine Fußbodenheizung mit 35 Grad Vorlauf direkt bedienen. An einen Heizkörperkreis, der an kalten Tagen 60 Grad verlangt, gibt sie genau dann nichts ab, wenn Wärme gebraucht wird. Heizungsunterstützung im ungedämmten Altbau mit alten Heizkörpern ist deshalb selten die erste Investition.

Solarheizung Pool: der Fall, der sich am schnellsten trägt

Ein Schwimmbad braucht viel Wärme auf sehr niedrigem Temperaturniveau und genau dann, wenn die Sonne scheint. Damit fällt jede Gegenläufigkeit weg, die die Solarthermie sonst begrenzt — die Solarheizung Pool ist der wirtschaftlichste Anwendungsfall der ganzen Technik.

Weil die Zieltemperatur bei 24 bis 28 Grad liegt, genügen unverglaste Absorbermatten aus EPDM oder Polypropylen. Sie kosten einen Bruchteil eines Flachkollektors, brauchen keinen Wärmetauscher und keinen Frostschutz, weil sie im Winter entleert werden. Die vorhandene Filterpumpe übernimmt in aller Regel auch die Förderung durch den Absorber.

• Fläche: 50 bis 80 Prozent der Wasseroberfläche bei Südausrichtung; bei Ost oder West entsprechend mehr.
• Wirkung: Verlängerung der Badesaison um etwa sechs bis acht Wochen, Temperaturanhebung um 3 bis 6 Grad.
• Wichtiger als der Absorber: eine Abdeckung. Der größte Wärmeverlust eines Pools geht über die Verdunstung an der Oberfläche, nicht über den Boden.

Eine Solarheizung Pool amortisiert sich häufig innerhalb von zwei bis vier Saisons, weil sie Wärmemengen ersetzt, die sonst elektrisch oder gar nicht bereitgestellt würden. Das ist der einzige Bereich der Solarthermie, in dem diese Aussage ohne Einschränkung gilt. Wie sich der Absorber gegen eine Pool-Wärmepumpe und einen Wärmetauscher an den Kessel stellt, steht unter Poolheizung.

Warmwasser Solar Selbstbau: was geht und was nicht

Rund um Warmwasser Solar Selbstbau kursieren Anleitungen von der Heizschlange im Gewächshaus bis zum kompletten Eigenbaukollektor. Sinnvoll trennen lässt sich das nach dem Druck im System.

Drucklos und unproblematisch sind Poolabsorber, Duschsäcke für den Garten und Vorwärmbehälter, die kein Trinkwasser führen und nicht an die Hausinstallation angeschlossen sind. Hier ist Eigenbau eine Frage der Sorgfalt, nicht der Zulässigkeit.

Nicht für den Eigenbau geeignet ist alles, was an den Trinkwasserkreis oder an den Heizkreis angeschlossen wird. Ein Solarkreis arbeitet mit Überdruck, erreicht in Stagnation über 150 Grad und braucht ein korrekt ausgelegtes Ausdehnungsgefäß sowie ein Sicherheitsventil. Kommt Trinkwasser ins Spiel, gelten zusätzlich die Anforderungen der DIN 1988 und der Trinkwasserverordnung an Systemtrennung und Werkstoffe. Der Anschluss gehört in die Hand eines Fachbetriebs — nicht wegen der Gewährleistung, sondern wegen des Drucks und der Temperaturen.

Was die Anlage kostet

Eine Anlage für Warmwasser landet damit üblicherweise zwischen 4.500 und 8.000 Euro. Der Zuschuss aus der Bundesförderung für effiziente Gebäude senkt diesen Betrag spürbar; die Sätze richten sich nach der zum Zeitpunkt der Antragstellung geltenden Richtlinie, und der Antrag steht vor dem Auftrag.

Wartung und die Punkte, an denen Anlagen altern

• Frostschutzgemisch: alle fünf bis sieben Jahre prüfen und bei Bedarf tauschen. Wiederholte Stagnation im Sommer altert es schneller als die Betriebsjahre vermuten lassen.
• Anlagendruck: jährlich ablesen. Ein langsam fallender Druck zeigt eine Undichtigkeit, bevor die Anlage ausfällt.
• Ausdehnungsgefäß: der am häufigsten unterdimensionierte Bauteil. Ist es zu klein, bläst das Sicherheitsventil bei jeder Stagnation ab und das Medium geht verloren.
• Verschattung: ein in zehn Jahren gewachsener Baum kostet mehr Ertrag als jede Alterung des Kollektors. Auch der Kamin des Nachbarn oder eine neue Dachgaube gehören in die jährliche Sichtprüfung, weil eine Teilverschattung bei in Reihe geschalteten Röhren überproportional wirkt.

Solarthermie oder Photovoltaik mit Wärmepumpe?

Diese Frage entscheidet heute häufiger über die Anlage als die Wahl des Kollektors, und sie hat keine allgemeine Antwort. Beide Wege liefern Wärme aus Sonnenenergie, aber über völlig verschiedene Ketten.

Die thermische Anlage ist auf der Fläche im Vorteil: Ein Quadratmeter Kollektor liefert 350 bis 650 Kilowattstunden Wärme im Jahr, ein Quadratmeter PV-Modul rund 180 bis 220 Kilowattstunden Strom. Speist dieser Strom eine Wärmepumpe mit einer Arbeitszahl von 3,5, ergeben sich daraus zwar 600 bis 770 Kilowattstunden Wärme — allerdings nur, wenn der Strom tatsächlich dann anfällt, wenn die Wärmepumpe läuft.

Genau hier kippt der Vergleich. Der PV-Ertrag ist im Juni am größten, der Wärmebedarf im Januar. Wer den Sommerstrom ins Netz einspeist und den Winterstrom kauft, rechnet nicht mit dem Eigenverbrauchspreis, sondern mit der Differenz zwischen Einspeisevergütung und Arbeitspreis. Die Solarthermie hat dieselbe Gegenläufigkeit, aber sie deckt mit dem Sommerertrag einen realen Bedarf ab — das Warmwasser, das ganzjährig anfällt.

• Kleine Dachfläche, hoher Warmwasserbedarf: Solarthermie. Sie holt aus wenigen Quadratmetern mehr nutzbare Wärme.
• Große Dachfläche, Wärmepumpe vorhanden oder geplant: Photovoltaik. Der Strom ist universeller verwendbar und deckt Haushalt, Wärmepumpe und gegebenenfalls ein Fahrzeug.
• Schwimmbad: Absorbermatten, unabhängig von allem anderen. Kein anderer Weg liefert diese Wärmemenge so günstig.
• Beides auf demselben Dach: möglich, aber die Flächen konkurrieren. In der Regel gewinnt die Aufteilung nur bei sehr großen Dächern.

Einbindung in die bestehende Heizung

Die Hydraulik entscheidet darüber, ob der Ertrag im Speicher ankommt. Drei Punkte gehören vor die Bestellung, nicht danach.

Der Speicher braucht Schichtung. Solarwärme kommt mit niedriger Temperatur an und soll unten einspeisen, während oben das nachgeheizte Trinkwasser bereitsteht. Ein Speicher ohne Schichteinrichtung durchmischt beides und der Kessel heizt die Solarwärme wieder mit.

Der Nachheizbetrieb muss verzögert sein. Heizt der Kessel morgens auf Solltemperatur, ist der Speicher voll, bevor die Sonne kommt. Eine Regelung, die das Nachheizen bis zum Nachmittag zurückhält, hebt den solaren Deckungsanteil ohne jede bauliche Änderung.

Die Zirkulationsleitung ist der stille Verbraucher. Läuft sie durchgehend, kann sie mehr Wärme verlieren, als die Kollektoren an einem Wintertag liefern. Eine Zeit- oder Anforderungssteuerung gehört zu jeder Solaranlage dazu.

Dach, Statik und Genehmigung

Kollektoren wiegen gefüllt 20 bis 25 Kilogramm je Quadratmeter, Vakuumröhren etwas weniger. Für ein intaktes Sparrendach ist das unkritisch; bei alten Dachstühlen, großen Flächen oder einer Aufständerung auf dem Flachdach gehört die Statik geprüft, weil die Aufständerung zusätzlich Windlast einträgt.

Genehmigungsfrei ist die Anlage in den meisten Bundesländern, solange sie in der Dachfläche liegt und das Gebäude nicht unter Denkmalschutz steht. Bei Reihenhäusern und Doppelhaushälften lohnt zudem der Blick in die Teilungserklärung: Sie kann Vorgaben zur Dachgestaltung enthalten, die unabhängig vom Baurecht gelten und im Streitfall durchgesetzt werden. Aufgeständerte Anlagen auf Flachdächern und Anlagen an der Fassade fallen häufiger unter eine Anzeigepflicht — die Landesbauordnung entscheidet, nicht der Installateur.

Stagnation: der Sommertag, an dem der Speicher voll ist

Eine richtig ausgelegte Solarthermieanlage deckt im Sommer den Warmwasserbedarf vollständig — und produziert an vielen Tagen mehr, als abgenommen wird. Ist der Speicher auf seiner Maximaltemperatur, schaltet die Regelung die Pumpe ab. Der Kollektor steht dann in der Sonne, ohne dass Wärme abgeführt wird, und heizt sich weit über die Betriebstemperatur auf. Dieser Zustand heißt Stagnation und ist kein Defekt, sondern ein vorgesehener Betriebsfall.

Ausgelegt ist die Anlage dafür über zwei Bauteile. Die Solarflüssigkeit verdampft im Kollektor, drückt die verbleibende Flüssigkeit aus dem Feld heraus, und das Ausdehnungsgefäß nimmt sie auf — deshalb ist es bei Solaranlagen deutlich größer als in einem Heizkreis. Kühlt der Kollektor ab, läuft alles zurück. Voraussetzung ist, dass das Gefäß den richtigen Vordruck hat und dass sich das Feld überhaupt entleeren kann, was von der Verrohrung abhängt.

Die Belastung trägt vor allem die Flüssigkeit. Das Glykol darin altert unter der Hitze, verliert seinen Frostschutz und wird im Extremfall sauer. Deshalb gehört zur Wartung die Prüfung von Frostschutz und pH-Wert; eine Anlage, die viele Stagnationstage hinter sich hat, braucht den Wechsel früher als eine, deren Ertrag durchgehend abgenommen wird. Wer im Sommer einen zweiten Abnehmer hat — eine Poolheizung ist der naheliegende Fall —, hat weniger Stagnation und eine länger haltbare Flüssigkeit.