www.energie-lexikon.info, enlex.info
RP-Energie-Lexikon
fachlich fundiert, unabhängig von Lobby-Interessen

Solarheizung

<<<  |  >>>  |  Feedback

Definition: die Beheizung von Gebäuden mit Hilfe von Sonnenenergie

Englisch: solar heating

Kategorien: erneuerbare Energie, Haustechnik, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 06.06.2010; letzte Änderung: 02.03.2015

Sonnenenergie kann zur Gewinnung von Wärme verwendet werden (→ Solarthermie) und ist insofern auch für die Beheizung von Gebäuden geeignet. Im Prinzip kann damit ein Großteil des jährlichen Wärmebedarfs gedeckt werden – z. B. über die Hälfte in sogenannten Solar-Aktiv-Häusern. Dies wird jedoch eher selten praktiziert aufgrund des folgenden Problems: Viel Heizleistung wird in der Regel genau dann benötigt, wenn wenig Sonneneinstrahlung zur Verfügung steht. Sonst ist nämlich auch der passive solare Gewinn durch die Fenster erheblich – bei einem gut wärmegedämmten Haus sogar vollkommen ausreichend. Deswegen muss für die solare Heizung viel Wärme an sonnigen Tagen in einem großen Solarspeicher (z. B. einem Warmwasserspeicher) für die Verwendung an trüben und kalten Tagen eingelagert werden.

Solar-Wärmepumpen-Systeme verringern das Speicherproblem wesentlich, jedoch können sie nicht als Solarheizung im strengen Sinne betrachtet werden, da der Betrieb der Wärmepumpe einen erheblichen Primärenergieaufwand verursacht.

Saisonale Wärmespeicher

Ein saisonaler Speicher für ein Einfamilienhaus ist schwer realisierbar – außer bei konsequent minimiertem Wärmebedarf. Die Solarheizung eignet sich deswegen nicht als Ersatz für die energetische Sanierung.

Idealerweise verfügt man über einen saisonalen Speicher, der den ganzen Sommer über mit überschüssiger Wärme aufgeladen werden kann und dann einen wesentlichen Teil des Heizbedarfs im Winter decken kann. Hierfür wird aber ein sehr großer Speicher benötigt. Beispielsweise benötigt auch ein gut wärmegedämmtes Einfamilienhaus (etwa ein Altbau mit nachträglich angebrachtem Vollwärmeschutz) an kalten Wintertagen rund 100 Kilowattstunden Heizwärme, innerhalb der Heizperiode insgesamt grob geschätzt 10 000 kWh (entsprechend ca. 1000 Litern Heizöl). Wenn im Extremfall diese gesamte Wärmemenge aus einem Warmwasserspeicher bezogen werden müsste, der dabei z. B. von 80 °C auf 30 °C abgekühlt würde (während ihm in dieser gesamten Zeit keine Wärme mehr zugeführt wird), müsste dieser Speicher gut 170 000 Liter (also 170 Kubikmeter) Wasser fassen. Bei einem ungedämmten Haus wäre es sogar ein Mehrfaches.

Ein so großer Speicher ist kaum praktikabel, zumal er mit einer sehr guten Wärmedämmung versehen werden müsste. Das Konzept muss also modifiziert werden:

Die optimale Ausrichtung der Kollektoren ist nicht die, die die höchste jährliche Wärmeproduktion bringen würde!

Die Solarheizung ist für große Gebäude oder ganze Siedlungen einfacher realisierbar.

Es wird also klar, dass eine Solarheizung (mit überwiegender Nutzung von Solarwärme) einerseits für ein ungedämmtes Einfamilienhaus praktisch nicht realisierbar ist (also auch sicher keine Alternative zur Wärmedämmung ist), dass andererseits aber eine solare Deckung von z. B. 80 % des Heizwärmebedarfs vor allem für größere Passivhäuser ziemlich problemlos möglich ist. Für ein Einfamilien-Passivhaus kann dafür bereits eine Speichergröße von 5 bis 10 Kubikmetern genügen. Häufig wird der Speicher dann innerhalb des beheizten Bereichs platziert. Er muss dann weniger aufwendig wärmegedämmt werden, da einerseits seine Umgebung weniger kalt ist als wenn er im Außenbereich oder in einem Keller stünde, und andererseits die Wärme“verluste” in der kalten Jahreszeit zur Beheizung des Gebäudes beitragen.

Kombianlagen mit Heizkessel: solare Heizungsunterstützung

Bei Anlagen mit einem relativ kleinen Speicher (z. B. 500 bis 1000 Liter) kann Heizwärme höchstens für wenige Tage gespeichert werden. Der Großteil der überschüssigen Wärme vom Sommer ist damit leider nicht nutzbar, und im Winter wird größtenteils Heizwärme von einer anderen Quelle benötigt – häufig von einem Heizkessel, manchmal auch von einer Wärmepumpe. Jedoch lassen sich immerhin einzelne kältere Tage in der Übergangszeit damit überbrücken, ebenso kühle Nächte. Insgesamt wird so nur ein kleinerer Teil des Heizwärmebedarfs solar gedeckt (z. B. ein Viertel); man spricht von solarer Heizungsunterstützung.

Sogenannte Kombianlagen können z. B. so ausgeführt werden, dass ein Pufferspeicher mit mehreren hundert Litern Wasser sowohl über eine Kollektoranlage erwärmt werden kann (über einen eingebauten Wärmeübertrager) also auch durch einen Heizkessel. Die Sonnenkollektoren entlasten also den Heizkessel an sonnigen Tagen. Ein Pufferspeicher kann mit Vorteil auch so betrieben werden, dass er nur solar beheizt wird, während Wärme vom Heizkessel nicht gespeichert, sondern nur entsprechend dem momentanen Bedarf erzeugt wird.

Die Solarwärme wird im Sommer praktisch immer zur solaren Warmwasserbereitung benutzt. Für die zusätzliche solare Heizung (Heizungsunterstützung) wird eine solche Anlage großzügiger ausgelegt als eine reine Warmwasser-Anlage, also mit größerer Kollektorfläche und einem größeren Speicher. Da dann im Sommer erhebliche nicht nutzbare Überschüsse erzeugt werden, sinkt der Anteil der nutzbaren Wärme von den Kollektoren ab, was die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt. Ohne einen saisonalen Speicher kann also der Anteil der solaren Wärmebereitung nicht leicht erhöht werden. Nur die Kollektorfläche noch weiter auszudehnen, würde kaum mehr nutzbaren Ertrag bringen. Daher rührt die Begrenzung auf die Deckung von z. B. 25 % des Wärmebedarfs.

Bevor eine alte Heizungsanlage zu einer solchen Kombianlage ausgebaut wird, sollte geprüft werden, ob eine Investition in bessere Wärmedämmung des Gebäudes nicht lohnender wäre. Eher sinnvoll ist die solare Unterstützung bei einer neuen Anlage oder wenn zumindest der Warmwasserspeicher ohnehin ausgetauscht werden muss.

Passive Sonnenenergienutzung

Die passive Sonnenenergienutzung zu optimieren, gehört zu den wichtigsten Schritten bei der Planung eines Hauses.

Es sei darauf hingewiesen, dass die mit Abstand preisgünstigste Methode zur Nutzung von Sonnenwärme für die Heizung die passive Sonnenenergienutzung ist. Hier verwendet man keinerlei Sonnenkollektoren, Speicher, Pumpen usw., sondern nutzt direkt die durch die Fenster einfallende Strahlung zur Unterstützung der Heizanlage. Solche solare Gewinne weist praktisch jedes Gebäude auf. Wenn die Wärmeverluste durch sehr gute Wärmedämmung klein gehalten werden, reichen die Solargewinne ohne Weiteres aus, um an sonnigen Tagen den gesamten Wärmebedarf zu decken – vor allem wenn das Haus großzügige und unverschattete Fensterflächen auf der Südfassade hat. Jedoch verbleibt ein gewisser zusätzlicher Heizwärmebedarf an trüben und kalten Tagen.

Bedeutung der Vorlauftemperatur

Wenn hohe Vorlauftemperaturen benötigt werden, macht dies die Solarheizung schwieriger.

Für eine solare Beheizung ist es wichtig, dass das Zentralheizungssystem mit einer möglichst niedrigen Vorlauftemperatur arbeiten kann. Sonst müssen nämlich die Sonnenkollektoren bei einer hohen Temperatur arbeiten und verlieren somit mehr Wärme nach außen. Gerade bei nicht voller Sonneneinstrahlung reduziert das die Energieausbeute der Kollektoren stark. Auch bei der Wärmespeicherung ist eine niedrige Vorlauftemperatur sehr nützlich; sie vergrößert den effektiv nutzbaren Wärmeinhalt eines Pufferspeichers erheblich.

Besonders niedrige Vorlauftemperaturen werden möglich mit einer Fußbodenheizung in einem Gebäude mit guter Wärmedämmung. Andere Arten von Flächenheizung können ähnliche Werte erzielen. Gewöhnliche Heizkörper (Radiatoren oder Konvektoren) dagegen benötigen deutlich höhere Vorlauftemperaturen.

Solarheizung mit Photovoltaik?

Im Prinzip wäre es auch möglich, eine Solarheizung basierend auf Photovoltaik zu erstellen. Die Solarzellen würden also elektrische Energie gewinnen, und diese würde die benötigte Heizwärme am effizientesten mit Hilfe einer Wärmepumpe erzeugen. Nachdem die Preise für Solarzellen in den letzten Jahren stark gesunken sind, kann der auf diese Weise erreichte Wärmepreis den für Solarthermie unterschreiten (selbst ohne staatlich organisierte Subventionierung). Hinzu kommt noch der Vorteil des höheren Flächenertrags: Ein Quadratmeter Photovoltaik ergibt zwar eine kleinere Ausbeute an elektrischer Energie als die thermische Ausbeute eines Sonnenkollektors, aber die Wärmepumpe erzeugt daraus z. B. das drei- bis vierfache an Wärme. Es müsste also eine entsprechend geringere Dachfläche belegt werden. Die optimale Ausrichtung zur Sonne wäre auch etwas weniger kritisch, da der Wirkungsgrad von Photovoltaik anders als bei der Solarthermie bei geringerer Beleuchtung kaum nachlässt.

Die Solarheizung mit Photovoltaik scheitert an der Energiespeicherung.

Das ungelöste Problem dieses Ansatzes besteht jedoch in der Energiespeicherung. Wie oben ausgeführt, wird Heizwärme für ein gut wärmegedämmtes Haus vor allem an trüben Tagen benötigt, nicht aber an sonnigen Tagen, in denen die Solaranlage viel produziert. Elektrische Energie lässt sich nun aber noch schlechter speichern als Wärme. Ein Solarstromspeicher auf der Basis aufladbarer Batterien, der auch nur den Bedarf für eine einzige kalte Winterwoche speichern könnte, wäre schon sehr teuer. Selbst für ein hervorragend gedämmtes Einfamilienhaus, welches pro Tag nur maximal 20 Kilowattstunden Heizwärme benötigt und diese mit einer hoch effizienten Wärmepumpe (Leistungszahl 4 auch an kalten Tagen) erzeugen könnte, bräuchte einen elektrischen Speicher für 5 kWh pro Tag bzw. 35 kWh für eine Woche. Die Kosten für einen Wochenspeicher lägen derzeit (2012) in der Größenordnung von 30 000 € – zusätzlich zu den hohen Investitionen für die Photovoltaik und die Wärmepumpe – und für einen saisonalen Speicher natürlich entsprechend mehr. Für ein nicht so gut gedämmtes Haus (etwa einen energiesanierten Altbau) wäre die nötige Speicherkapazität sogar noch weitaus höher.

Das öffentliche Stromnetz als “Energiespeicher” zu nutzen, ist ökologisch wie ökonomisch keine ideale Lösung.

Nun könnte man als Endverbraucher im Prinzip auch das Stromnetz als “Energiespeicher” missbrauchen und nur anstreben, dass man im Jahresmittel so viel elektrische Energie von der Solaranlage ins Netz einspeist, wie man für die Wärmepumpenheizung benötigt. Das würde jedoch dazu führen, dass an kalten Tagen vermehrt Energie aus fossil befeuerten Kraftwerken bezogen würde, während im Sommer Überschüsse entstünden. Das Stromnetz ist nämlich kein Energiespeicher, weswegen die Produktion anderer Stromerzeuger vermehrt vom Sommer in den Winter verlagert werden müsste, wo die Kapazitäten ohnehin immer am knappsten sind. Auf der betriebswirtschaftlichen Seite ist das Problem, dass der Erzeuger eine Einspeisevergütung erhält, die erheblich unter dem Bezugspreis aus dem Netz liegt – obwohl diese Vergütung bereits erheblich subventioniert ist.

Wärmepumpen eignen sich nicht besonders zur Aufladung von Wärmespeichern, da ein vergrößerter Temperaturhub ihre Effizienz beeinträchtigt.

Eine Alternative zur elektrischen Energiespeicherung wäre im Prinzip, die gewonnene elektrische Energie sofort in die Wärmepumpe zu speisen und damit einen thermischen Speicher aufzuladen. Hier hat man aber das Problem, dass eine Wärmepumpe nur begrenzte Temperaturen liefern kann und bei höheren Temperaturen immer ineffizienter wird. Wenn aber ein Warmwasserspeicher, der für den Betrieb einer Fußbodenheizung (als optimalen Fall) nur 30 °C warm sein muss, zwecks Speicherung von Überschüssen auch nur auf bis zu 45 °C aufgeheizt würde (was für die Wärmepumpe schon einen erheblichen Effizienzverlust bedeuten würde), wäre seine Ausnutzung sehr schwach. Er müsste also für eine gewisse benötigte Kapazität mehrfach größer sein als ein Speicher, der mit Solarthermie auf über 90 °C aufgeheizt werden kann. Zudem sind saisonale Wärmespeicher aufgrund ihrer Wärmeverluste nur in sehr großen Ausführungen (für ganze Wohnviertel) machbar.

Wenn für die Photovoltaik eine Einspeisevergütung gezahlt wird, ist aus energiepolitischer Sicht auch daran zu denken, dass damit Gelder einem Fördertopf mit mittelfristig begrenzter Größe entzogen würden. (Auch wo Einspeisevergütungen heute noch ohne Mengenbegrenzung bezahlt werden, kann man kaum davon ausgehen, dass dies dauerhaft so bleiben wird.) Die Zusätzlichkeit der Photovoltaik-Investition für die jeweilige Heizung wäre damit in Frage gestellt. Effektiv würde eine so verstandene Solarheizung eher den Verbrauch fossiler Energie im Winter fördern, ohne dass die gesamte Photovoltaik-Kapazitäten des Landes entsprechend vergrößert würden.

Das Fazit ist, dass die Solarheizung über Photovoltaik bis auf weiteres keine realistische Option ist. Um dies zu ändern, müssten nicht nur die Preise der Photovoltaik noch erheblich weiter sinken, sondern vor allem auch kostengünstige große Energiespeicher entwickelt werden. Angesichts der massiven Verbesserungen, die hier nötig wären, ist dies für die absehbare Zukunft kaum zu erwarten. Die Solarthermie mit Sonnenkollektoren für die direkte Wärmeerzeugung bleibt also bis auf weiteres der bessere Ansatz.

Siehe auch: Sonnenenergie, Heizungsanlage, Sonnenkollektor, solare Warmwasserbereitung, solare Heizungsunterstützung, Solar-Wärmepumpen-System, Solarspeicher, Wärmespeicher, Energiespeicher, Heizwärmebedarf
sowie andere Artikel in den Kategorien erneuerbare Energie, Haustechnik, Wärme und Kälte

Kommentare von Lesern

Hier können Sie einen Kommentar zur Veröffentlichung vorschlagen. Über die Annahme wird der Autor des RP-Energie-Lexikons nach gewissen Kriterien entscheiden. Im Kern geht es darum, dass der Kommentar für andere Leser potenziell nützlich ist.

Ihr Name:
(freiwillige Angabe – auch Pseudonyme sind erlaubt)
Ihre E-Mail-Adresse:
(freiwillige Angabe)
Ihr Hintergrund:
(freiwillige Angabe, z. B. Energieberater, Handwerker oder Journalist)
Ihr Kommentar:
Spam-Prüfung:   (bitte die Summe von fünf und zwölf hier als Ziffern eintragen!)

Bem.: Mit dem Abschicken geben Sie Ihre Einwilligung, Ihren Kommentar hier zu veröffentlichen. (Sie können diese später auch widerrufen.) Da Kommentare zunächst vom Autor durchgesehen werden, erscheinen sie verzögert, z. B. erst am Folgetag oder evtl. noch etwas später.

Wie gefällt Ihnen dieser Artikel?

Ihr Gesamteindruck: weiß nicht unbefriedigend in Ordnung gut ausgezeichnet
Fachliche Qualität: weiß nicht unbefriedigend in Ordnung gut ausgezeichnet
Lesbarkeit: weiß nicht unbefriedigend in Ordnung gut ausgezeichnet
Verdient dieser Artikel (oder das Energie-Lexikon insgesamt) Ihrer Ansicht nach Links von anderen Webseiten?
  nein eventuell ja
Kommentar:

Vielleicht haben Sie auch konkrete Vorschläge für inhaltliche Ergänzungen, nützliche Literaturangaben etc. Falls Sie eine bessere Website für dieses Thema kennen, sind wir dankbar für einen Hinweis darauf.

Wenn Sie einen Kommentar zur Veröffentlichung auf unserer Seite vorschlagen möchten, verwenden Sie dazu bitte das Formular im Kasten "Kommentare von Lesern".

Spam-Prüfung: (bitte den Wert von 5 + 8 hier eintragen!)

Wenn Sie eine Antwort möchten, können Sie Ihre E-Mail-Adresse im Kommentarfeld hinterlassen oder direkt eine E-Mail senden. Letztere Methode führt meist zu schnelleren Antworten.

Wenn Ihnen das RP-Energie-Lexikon gefällt, möchten Sie vielleicht auch den RP-Energie-Blog als E-Mail-Newsletter abonnieren.

Teilen Sie den Link auf diesen Artikel mit anderen:

Brennwertkessel

Brennwert

Verstehen Sie, wie ein Brennwertkessel funktioniert, wann er effizient sein kann, etc. – mit Hilfe neutraler Fachinformation vom RP-Energie-Lexikon!

– Alle Banners –

– Ihr eigenes Banner! –

Die Startseite gibt Ihnen den Einstieg in das RP-Energie-Lexikon, auch mit Tipps zur Benutzung.
Hier finden Sie diverse Ratgeber-Artikel, insbesondere im Bereich der Haustechnik.
Hiermit wird Ihnen ein zufällig ausgewählter Lexikonartikel angezeigt.
Der RP-Energie-Blog präsentiert Interessantes und Aktuelles zum Thema Energie. Er ist auch als E-Mail-Newsletter erhältlich.
Hier finden Sie die Kontaktinformationen und das Impressum.
Werden Sie ein Sponsor des RP-Energie-Lexikons – des besten deutschsprachigen Energielexikons im Internet!
Hier erfahren Sie mehr über den Autor des RP-Energie-Lexikons und seine Grundsätze.
Hier können Sie die Artikel des RP-Energie-Lexikons nach Kategorien geordnet durchstöbern.
Verbreitete Irrtümer zu Energiefragen werden hier detailliert aufgedeckt.
Der Glossar fasst die Definitionen von Fachbegriffen aus den Artikeln zusammen.
Mit dem Energie-Quiz können Sie Ihr Wissen im Energiebereich testen und vertiefen.
Hier werden die Hintergründe des Projekts beschrieben, auch die gewählten Grundsätze.
Mit zigtausenden von Nutzern pro Monat ist das RP-Energie-Lexikon zu einer interessanten Werbeplattform geworden.
Vom Autor des RP-Energie-Lexikons können Sie auch Beratung erhalten, insbesondere zu Energie-Technologien.
Hier finden Sie die Liste aller Artikel zu einem bestimmten Anfangsbuchstaben.
Hier können Sie nach Artikeln suchen, deren Titel ein bestimmtes Stichwort enthalten.
(Beachten Sie auch die Volltextsuche beim Menüpunkt "Suche"!)