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Definition: die Bereitung von Warmwasser mit Hilfe von Sonnenenergie
Sonnenenergie ist gut zur Bereitung von Warmwasser geeignet. Hierfür wird ein Sonnenkollektor (oder häufig eine Gruppe von mehreren Kollektoren) an ein Zirkulationssystem für die Solarflüssigkeit mit einer kleinen Umwälzpumpe und einem Warmwasserspeicher (Solarspeicher) angeschlossen. Mit Hilfe von mindestens zwei Temperaturfühlern und einer kleinen Elektronik wird die Umwälzpumpe eingeschaltet, solange die Temperatur im Kollektor hoch genug ist, so dass Wärme an den Speicher abgegeben werden kann. Die umgewälzte Solarflüssigkeit durchläuft im Speicher einen Wärmetauscher, der sie vom zu erwärmenden Trinkwasser getrennt hält.
Wenn der Speicher oberhalb der Kollektoren montiert werden kann, ist manchmal ein einfaches Schwerkraftsystem realisierbar: Auch ohne eine Umwälzpumpe zirkuliert das Wasser allein aufgrund der Temperaturunterschiede, sobald der Kollektor erwärmt wird.
Bei den Sonnenkollektoren handelt es sich häufig um Flachkollektoren, manchmal auch um Vakuum-Röhrenkollektoren. Der Artikel über Sonnenkollektoren beschreibt noch weitere Typen, einschließlich den Speicherkollektoren als eine simple Lösung mit gewissen Einschränkungen.
Meist werden Sonnenkollektoranlagen für die Warmwasserbereitung mit 1,5 bis 2 m2 Kollektorfläche pro Person im Haushalt gebaut. Sie sind damit so dimensioniert, dass sie an warmen Sommertagen mehr Wärme erzeugen, als benötigt wird. Überschüssige Wärme verpufft dann entweder am Kollektor oder wird manchmal auch über eine Erdsonde einer Wärmepumpenheizung abgeführt. Insgesamt wird im Sommer der Großteil des Warmwasserbedarfs von der Kollektoranlage gedeckt. Im Winter genügt die Wärmeerzeugung aber häufig nicht, da die Sonneneinstrahlung abnimmt, die Wärmeverluste des Kollektors zunehmen und der Wärmebedarf für das Warmwasser aufgrund des kälteren Leitungswasser etwas zunimmt. Deswegen wird dann zusätzliche Wärme von der Heizungsanlage benötigt, die z. B. über einen zweiten Wärmetauscher an den Speicher abgegeben werden kann. Diese Wärme wird häufig im oberen Teil des Speichers zugeführt; der unteren Teil bleibt kalt, damit später einsetzende Sonnenstunden genutzt werden können.
Der Solarspeicher wird meist so bemessen, dass er den zwei- bis dreifachen Warmwasserbedarf speichern kann. Beispielsweise mag ein Vierpersonenhaushalt täglich 200 l Warmwasser benötigen, und der Speicher könnte 400 bis 600 l fassen.
Im Winter kann die benötigte Zusatzwärme häufig relativ effizient gewonnen werden, während der Betrieb z. B. eines Heizkessels im Sommer nur für die Warmwasserversorgung häufig extrem ineffizient ist. Eine Solaranlage spart dann also nicht nur die Wärme des Warmwassers, sondern zusätzlich auch die Bereitschaftsverluste des Heizkessels.
Energetisch noch günstiger ist es, den Solarspeicher nicht zusätzlich mit Erdgas zu beheizen, sondern stattdessen das Warmwasser bei Bedarf in einem separaten Durchlauferhitzer z. B. mit Erdgas nachzuheizen. (Es gibt Gas-Brennwertgeräte, die einen solchen Duchlauferhitzer enthalten.) Dann kann das ganze Speichervolumen für die solare Erwärmung genutzt werden, und Speicherverluste treten nur auf, solange Sonnenenergie gespeichert wird. Der einzige Nachteil ist, dass die Leistung des Durchlauferhitzers eine Grenze für die pro Minute verfügbare Warmwassermenge setzen kann, wenn der Speicher kalt ist.
Nicht empfehlenswert ist es, die benötigte Zusatzwärme mit einem Elektroheizstab im Warmwasserspeicher oder mit einem elektrischen Durchlauferhitzer zu erzeugen. Dann leidet nämlich die Energieeffizienz des Gesamtsystems dermaßen unter der niedrigen Effizienz der Elektrowärme, dass ein System z. B. mit einer Brauchwasserwärmepumpe womöglich schon besser wäre – bei gleichzeitig massiv niedrigeren Installationskosten.
Im Prinzip kann eine Solaranlage so betrieben werden, dass die Umwälzpumpe nicht mehr verwendet wird, wenn eine ausreichende hohe Temperatur des Warmwasserspeichers erreicht wird. Die überschüssige Wärme verpufft dann an den Kollektoren. Günstiger ist es, wenn der Warmwasserspeicher bei guten Verhältnissen bis auf z. B. 95 °C aufgeheizt werden kann. Das so erwärmte Wasser darf dann aber nicht direkt zu den Zapfstellen gelangen, sondern muss durch einen thermostatischen Warmwassermischer mit kaltem Wasser auf die gewünschte Temperatur von z. B. 60 °C gemischt werden. Mit dieser Strategie kann wesentlich mehr Wärme für schlechtere Tage gespeichert werden.
An kalten, aber sonnigen Wintertagen kann unter Umständen Wärme von Sonnenkollektoren für die Heizungsunterstützung vorhanden sein. Dies erfordert aber eine großzügige Auslegung der Anlage – so groß, dass im Sommer dann erhebliche Überschüsse erzeugt werden. Der Anteil der nutzbaren Wärme von den Kollektoren sinkt also zwangsläufig ab, weswegen solche Systeme zumindest für kleinere Häuser kaum wirtschaftlich betrieben werden können.
Am ehesten wirtschaftlich sind eher knapp dimensionierte Solaranlagen für Mehrfamilienhäuser. Im Winter kann das Brauchwasser mit Sonnenenergie zumindest vorgewärmt werden; ein Heizkessel oder eine Wärmepumpe übernimmt den restlichen Wärmebedarf. Durch die Versorgung mehrerer Wohnungen werden die Kosten pro Wohnung deutlich geringer. Bei einer allzu großzügigen Auslegung der Anlage kann die Kosteneffizienz stark leiden; man erzeugt u. U. hauptsächlich größere Wärmeüberschüsse im Sommer, die man nicht nutzen kann, ohne jedoch die Jahreszeit der solaren Vollversorgung erheblich ausdehnen zu können.
Als Ergänzung zu einer Heizungswärmepumpe ist eine Solaranlage normalerweise nicht amortisierbar, da die Wärmepumpe bereits recht effizient und kostengünstig arbeitet.
Auf keinen Fall sollte ein Solarspeicher mit einem Elektroheizstab nachgeheizt werden, da ein solches System eher weniger effizient als eine Brauchwasserwärmepumpe wäre, trotz wesentlich höherer Kosten. Eine Ausnahme kann allenfalls für die gelegentliche stärkere Aufheizung zur Vorbeugung gegen Legionellen gemacht werden.
Bevor eine Solaranlage installiert wird, sollte geprüft werden, ob andere Maßnahmen nicht sinnvoller wären, d. h. mehr Energieeinsparung für weniger Geld bewirken. Hierbei sollte man sich nicht nur auf alternative Möglichkeiten für die Warmwasserbereitung konzentrieren, wie z. B. eine Brauchwasserwärmepumpe; es gibt auch andere Optionen wie z. B. eine verbesserte Wärmedämmung des Gebäudes, evtl. auch nur den Ersatz alter Fenster. Es kann jedoch vorkommen, dass staatliche Förderangebote den Einbau einer Solaranlage finanziell attraktiver machen, selbst wo andere Lösungen an sich kosteneffizienter wären.
Wenn eine Solaranlage vorhanden ist, sollte diese möglichst gut genutzt werden, indem auch die Waschmaschine und die Geschirrspülmaschine an die Warmwasserversorgung angeschlossen wird. Allerdings haben nur manche Modelle von Waschmaschinen einen Warmwasseranschluss, während Geschirrspülmaschinen in der Regel problemlos angeschlossen werden können; beim Kauf muss darauf geachtet werden. Der Vorteil eines Warmwasseranschlusses ist, dass der interne Elektroheizstab kaum mehr gebraucht wird und der Stromverbrauch der Maschine dann sehr viel geringer ausfällt.
| [1] | Solar Toolbox von Solar Campus zur Simulation des solaren Deckungsgrads von Sonnenkollektoranlagen für die Warmwasserbereitung mit und ohne Heizungsunterstützung |
| [2] | Solarfoerderung.de: Informationen über Solaranlagen und staatliche Fördermöglichkeiten |
Siehe auch: Sonnenenergie, Sonnenkollektor, Solarspeicher, Warmwasser