Solarthermie: Auch im Winter eine wertvolle Unterstützung

Funktionsweise der Solarthermie

Die zentralen Komponenten bei der Gewinnung von Wärme aus der Sonnenenergie sind Solarkollektoren, eine Pumpe und ein Wärmespeicher. Doch ohne die Solarflüssigkeit tut sich nichts. Sie fungiert als Transportmedium für die Wärmeenergie.

Die Solarkollektoren fangen die Strahlung der Sonne auf, wodurch sich das Medium in ihrem Inneren erhitzt. Die Pumpe wälzt die Flüssigkeit zwischen den Kollektoren und dem Speicher um, sodass die Solarwärme in Wärmetauschern auf Brauchwasser oder Heizwasser übergehen kann. Mehr Details über die Funktionsweise der Solarthermie hält unser Artikel bereit.

Solarthermie kommt selten ohne Zusatzheizung aus

Nur bei speziell darauf ausgelegten Häusern kann die Solarthermie den Wärmebedarf für Heizung und Warmwasser ganzjährig decken. Häufig kombinieren Heizungsbauer die Solarthermie im Neubau daher mit klein dimensionierten Pelletheizungen, Gasheizungen oder wasserführenden Öfen. In Gebäuden mit niedrigem Wärmebedarf müssen diese zusätzlichen Wärmeerzeuger die Solarthermie nur an den kältesten Tagen des Jahres unterstützen.

Anders sieht es bei einem Gebäude mit durchschnittlichem energetischem Stand aus: Hier kann die Solarthermie im Winter noch zirka 20% des Wärmebedarfs bedienen. Im Neubau übernimmt die Solarthermie meist Heizung und Warmwasserbereitung, im Bestand wird sie oft zur Entlastung der Hauptheizung von der Warmwasserbereitung eingesetzt. Auch das lohnt sich, denn dadurch kann der zentrale Wärmeerzeuger über den Sommer durchgängig abgeschaltet bleiben.

Speicher als zentrale Komponente

Der Speicher übernimmt bei der Solarthermie gleich mehrere wichtige Funktionen: Er kann die gewonnene Wärme für eine begrenzte Zeit vorhalten und so die Wärmeerzeugung vom Wärmebedarf teilweise entkoppeln. Speicherlösungen für Ein- und Zweifamilienhäuser, die die im Sommer generierte Wärme bis in den Winter konservieren, haben die Marktreife bisher aber nicht erreicht.

Daneben ist der Speicher der Bestandteil der Solaranlage, der den Anschluss der Solarthermie an die Haupt- oder Zusatzheizung ermöglicht. Die sogenannten Solarspeicher unterscheiden sich von herkömmlichen Speichern vor allem durch ihr größeres Fassungsvermögen und die verlustärmere Speicherung der Wärme.

Schwächere Sonneneinstrahlung begrenzt Leistungsfähigkeit der Solarthermie im Winter

Sonneneinstrahlung, Fläche und Neigungswinkel der Kollektoren sowie deren Wirkungsgrad bestimmen das über das Jahr nutzbare Solarwärme-Potenzial. Dabei herrscht im Sommer ein Überangebot an Sonneneinstrahlung. Die Solarthermie kann mehr Wärme bereitstellen als benötigt wird. Der Grund: In den warmen Monaten benötigen Sie keine Raumheizung und es gilt, lediglich den Warmwasserbedarf zu decken.

Weil sich die Wärme nicht bis in den Winter, in dem die Solarthermieanlage deutlich weniger Wärme gewinnt, speichern lässt, geht wertvolles Potenzial verloren. Mit dem Beginn der Heizsaison im September oder Oktober steigt dann der Wärmebedarf des Gebäudes an. Gleichzeitig gehen die Sonnenstunden zurück und es kommt zu einem Wärmemangel, den die Zusatzheizung ausgleichen muss.

Solarthermie im Winter: Tipps zur Optimierung der Wärmeausbeute

Die Grafik oben zeigt, wie sich der Wärmeertrag der Solarthermie im Winter optimieren lässt: Sind die Kollektorflächen der Anlage 70 statt 40 Grad geneigt, verteilt sich der Wärmeertrag gleichmäßiger über das gesamte Jahr. Der Grund dafür ist, dass die Sonne auf der Nordhalbkugel im Winter tiefer steht als im Sommer.

Der größere Winkel stellt sicher, dass die Kollektoren im Winter mehr Sonnenstrahlen einfangen können. Das geht zwar auf Kosten des potenziellen Ertrags der Anlage im Sommer, doch dieser lässt sich in der Regel ohnehin nicht verwerten. Zwar ist ein beheizbarer Außenpool ein Wärmeabnehmer im Sommer, allerdings kommt dieses Szenario für die Mehrheit der Eigenheimbesitzer wohl nicht in Betracht.

Auch die Wahl der Kollektoren hat einen großen Einfluss auf den Wärmeertrag der Solarthermie im Winter. In Deutschland teilen sich Vakuumröhrenkollektoren und Flachkollektoren den Markt nahezu vollständig auf. Flachkollektoren sind jedoch deutlich beliebter als die Röhrenkollektoren.

Aufgrund ihrer Bauweise sind Röhrenkollektoren jedoch im Winter deutlich effizienter als Flachkollektoren. Unterhalb der Röhren befinden sich nämlich Spiegel, die selbst diffuse Strahlung so bündeln, dass sich Wärme gewinnen lässt. Das funktioniert sogar bei einer vereisten Kollektorfläche. 

Die höhere Ausbeute dieser Solarthermieanlagen im Winter hat aber auch ihren Preis: Wollen Sie Röhrenkollektoren montieren lassen, müssen Sie mit etwa 30% höheren Kosten rechnen.

Viele Eigentümer verzichten auf den zusätzlichen Ertrag im Winter, den die Solarthermie durch den Einsatz von Röhrenkollektoren realisieren kann.

Das tun sie nicht ohne Grund, denn auch ohne den zusätzlichen und teuer erkauften Wärmeertrag leistet die Solarthermie ganzjährig einen deutlichen Beitrag zur Wärmeversorgung des Gebäudes.

So kommt die Solarthermieanlage optimal über den Winter

Im Winter drohen das Gefrieren der Solarflüssigkeit in den Rohren und daraus resultierende Schäden. Die Solarthermie-Hersteller haben aber mitgedacht und ihre Geräte mit Schutzmechanismen für solche Fälle ausgerüstet. Die gängigste Lösung ist die Nutzung eines Gemischs aus Wasser und Frostschutz als Solarflüssigkeit. Der Gefrierpunkt der Flüssigkeit lässt sich dadurch so niedrig einstellen, dass keine Gefahr mehr besteht.

Manche Solarthermieanlagen sind durch komplexere Systeme gegen die Gefahren des Winters geschützt. Sie entleeren die Leitungen, wenn sie nicht in Betrieb sind und pumpen die Solarflüssigkeit erst bei der erneuten Aktivierung in den Kreislauf zurück. Ein anderes Konzept ist der Betrieb der Kollektoren mit Heizungswasser statt mit Solarflüssigkeit. Drohen die Kollektoren einzufrieren, dann kann warmes Wasser aus dem Wärmespeicher durch die Leitungen gepumpt werden.

Schneebedeckten Kollektorflächen können Sie bei Ihrer Anlage daher gelassen entgegensehen. Schnee schränkt zwar den Ertrag der Solarthermie über das Jahr gesehen geringfügig ein, diese Verluste finden allerdings schon bei der Auslegung der Anlage Beachtung und beim nächsten Sonnenschein schmilzt der Schnee ohnehin ab. Bei extremen Schneefällen ist es sinnvoll, einen Teil der Kollektorfläche vom Schnee zu befreien. Der Kollektor erwärmt sich dann über diesen Teil und sorgt automatisch für ein Abschmelzen beziehungsweise Abrutschen der restlichen Schneedecke.

Zum optimalen Schutz Ihrer Solarthermieanlage gegen das Einfrieren im Winter und für die ideale Wärmeausbeute über das ganze Jahr lassen Sie sich am besten ausführlich vom Fachmann aus Ihrer Umgebung beraten. Mit unserer PLZ-Suche können Sie den richtigen Installateur finden.