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Gute Argumente

Der Kollektor auf dem Dach ist ein weithin sichtbares Zeichen für Verantwortungs- und Umweltbewusstsein sowie -engagement. Warten Sie nicht länger auf die Anderen - handeln Sie selbst und gehen Sie mit gutem Beispiel voran!

Mit der Solaranlage holen Sie sich natürliche Energie direkt ins Haus.
 
Es macht Spaß, beim Baden oder Duschen von der Sonne erwärmtes Wasser zu nutzen - besonders im Sommer, wenn der Heizkessel ausgeschaltet bleiben kann.

Die Solaranlage macht ein Stück weit unabhängig von den Steigerungen der Energiepreise. Eine Standard-Solaranlage reicht in unseren Breiten aus, um den Energiebedarf für die Warmwasserbereitung von Mai bis September vollständig zu decken - mit kostenloser Energielieferung.

Thermische Solaranlagen sind technisch ausgereift, sehr wartungsarm und besitzen eine Lebensdauer von circa 20 Jahren. Sie steigern sowohl den Wert von Immobilien als auch deren Image. „Solarhäuser“ lassen sich besser verkaufen bzw. schneller vermieten.

Hamburg und Sonne?

Misstrauen in die Sonne ist in Hamburg weit verbreitet. Wind und Wasser sind hier zunächst einmal vertrautere Elemente. Das sprichwörtliche „Hamburger Schmuddelwetter“ ist nasskalt und nebelig, mit horizontalen Regenschauern.

Aber auch hier scheint die Sonne statistisch etwa 1.800 Stunden im Jahr - das ist nicht viel weniger als im Süden Deutschlands und reicht für die effiziente Nutzung etwa zur Warmwasserbereitung allemal aus.

Jahr für Jahr werden pro Quadratmeter Dachfläche in Hamburg etwa 1.000 kWh kostenlose Sonnenenergie eingestrahlt, 3/4 davon werden während des Sommerhalbjahres April bis September geliefert. Rund die Hälfte dieser sogenannten Globalstrahlung ist diffuse Strahlung, die ebenso wie die direkte Strahlung von der Solaranlage genutzt werden kann. Auch bei bedecktem Himmel wird also Energie geerntet. Die Jahressumme der Globalstrahlung von 1.000 kWh/m² entspricht einer Brennstoffmenge von rund 100 Litern Heizöl oder 100 m³ Erdgas. Bei einem Einzelhaus mit 5 m² Kollektorfläche ergibt dieses ca. 500 Liter Öl oder 500 m³ Erdgas im Jahr Einsparung.

Sonnenwärme für das Eigenheim

So funktioniert Ihr privates Sonnensystem

Der Kollektor auf dem Dach wandelt die einfallende Solarstrahlung in nutzbare Wärme um. Er ist damit das Bindeglied zwischen der Sonne und dem Warmwassernutzer.

Die Wärme entsteht durch die Absorption der Sonnenstrahlung an einer dunkel beschichteten Metallplatine, dem Absorber. Er ist das wesentliche Bauteil des Kollektors. Vom Absorber wird die Wärme durch ein geschlossenes Rohrsystem, dem Solarkreis, zum Speicher transportiert. Im Solarkreis zirkuliert ein frostsicheres Wasser-Glykol-Gemisch.

Der Wärmetransport vom Kollektor zum Speicher wird über eine Temperatur-Differenz-Regelung gesteuert. Die Regelung setzt die Umwälzpumpe des Solarkreises immer dann in Betrieb, wenn die Temperatur im Kollektor einige Grade über der Temperatur im unteren Speicherbereich liegt. Dadurch gelangt die von der Sonne erwärmte Solarflüssigkeit vom Kollektor in den unteren Wärmetauscher, wo die Wärme über den Solarkreiswärmetauscher an das Trinkwasser vom Speicher übertragen wird. Die abgekühlte Solarflüssigkeit fließt in der Rücklaufleitung zum Kollektor zurück.

Im Speicher steigt das erwärmte Trinkwasser nach oben. Entsprechend seiner Dichte bzw. Temperatur entsteht im Speicher eine Schichtung: das wärmste Wasser befindet sich oben , (dort, wo gezapft wird) das kältere unten (dort, wo kaltes Wasser eingespeist wird).

Damit der Wärmetransport nicht durch Luft im Solarkreis behindert wird, ist am höchsten Punkt der Solaranlage ein automatischer Entlüfter mit Absperrhahn oder ein Handentlüfter angebracht. Eine Rückschlagklappe im Solarkreis verhindert, dass sich der Speicher nachts aufgrund von Schwerkraftzirkulation über den Kollektor auskühlt.

Bei heute üblicher Dimensionierung im Ein- und Zweifamilienhausbereich wird das Trinkwasser im Sommer weitgehend über die Solaranlage erwärmt. Dadurch ergibt sich ein solarer Deckungsgrad (Anteil der Sonnenenergie am Gesamtenergiebedarf für die Trinkwassererwärmung) für das ganze Jahr von etwa 60%. Die restlichen 40% müssen über eine Zusatzheizung gedeckt werden.

Durch den Anschluss von Waschmaschinen und Geschirrspüler an die Solaranlage bietet sich die Möglichkeit, teuren elektrischen Strom durch Sonnenenergie zu ersetzen und gleichzeitig den Nutzungsgrad der Anlage zu erhöhen. Geschirrspüler, die für den Anschluss an die Warmwasserleitung geeignet sind, können direkt an die Solaranlage angeschlossen werden.

Was muss vorhanden sein?

Um die Solarenergie sinnvoll nutzen zu können, sind drei wesentliche bauliche Faktoren notwendig:

1. ein geeigneter Montageort für den Kollektor
2. ein geeigneter Aufstellort für den Solarspeicher
3. eine zentrale Warmwasserbereitung des Gebäudes

Als Montageort für die Kollektoren wird in der Regel das Dach herangezogen. Dies muss nicht das Hausdach sein, auch das Flachdach eines Car-Ports oder ein Nebengebäude können geeignet sein.

• Aufdachmontage

Bei der Aufdachmontage werden die Kollektoren etwa 5 - 10 cm über der Dachhaut montiert.

Vorteile einer Aufdachmontage

1. schnelle und einfache Montage, ist dadurch preisgünstiger
2. Die Dachhaut bleibt geschlossen

Nachteile der Aufdachmontage

1. zusätzliche Dachlasten (ca. 20 - 25 kg/m² Kollektorfläche für Flachkollektoren und 15 - 20 kg/m² für Vakuumröhrenkollektoren)
2. optisch nicht so ansprechend wie die Indachmontage
3. Rohrführung z.T. über Dach (Witterungseinflüsse, Vogelfraß)

• Indachmontage

Bei der Indachmontage werden die Dachziegel an der entsprechenden Stelle entfernt und die Kollektoren direkt auf die Dachlatten montiert. Die Abdichtung an den Übergängen zur Dachhaut wird durch eine überlappende Konstruktion mittels spezieller Eindeckrahmensystemen aus Aluminium oder Zink und Blei erreicht.

Vorteile der Indachmontage

1. es werden keine zusätzlichen Dachlasten aufgebracht
2. sie ist optisch ansprechender (Dacheindeckrahmen könne bei einigen Herstellern in verschiedenen Farben bezogen werden), Kollektorgröße teilweise im Rastermaß der Dachflächenfenster erhältlich
3. Rohrführung unterhalb der Dacheindeckung
4. Einsparung von Dachpfannen (Neubau), Reservepfannen (Altbau)

Nachteile der Indachmontage

1. teurer, da material- und montageaufwendiger
2. die Dachhaut wird „unterbrochen“, mögliche Schwachstelle
3. eventuell Abtransport von überschüssigen Dachpfannen (Kosten)

Wie viel Sonnenenergie im Laufe eines Jahres auf ein geeignetes Dach fällt, ist von Ausrichtung, Neigung und Verschattungssituation abhängig.

Der maximale Ertrag einer thermischen Solaranlage ergibt sich bei einer Südausrichtung (α = 0°) und einer Neigung von β = 45°. Abweichung von der optimalen Ausrichtung können in weiten Bereichen toleriert werden, da damit keine nennenswerten Strahlungseinbußen verbunden sind. Selbst eine Ost- bzw. Westdachlage kann genutzt werden, wenn der Richtungsanteil durch eine entsprechend vergrößerte Kollektorfläche ausgeglichen wird.

Jedes Dach mit einer Ausrichtung zwischen Südosten und Südwesten und einer Neigung von 20 bis 60° ist solartechnisch gut nutzbar. Eine Baugenehmigung ist in Hamburg außer bei denkmalgeschützten Gebäuden nicht notwendig.

Sonne ist flach und 40 kg schwer

Welchen Kollektor auswählen und wie einbauen? Es gibt unterschiedliche Arten und Bauformen von Kollektoren für verschiedene Einsatzgebiete mit spezifischen Leistungen und Kosten:

• unverglaste Kollektoren (Absorber)
• Flachkollektoren
• Vakuumröhrenkollektoren 

Absorber

Der unverglaste Kollektor kommt in erster Linie als Kunststoffabsorber zur Erwärmung von Schwimmbadwasser zum Einsatz. Das Beckenwasser fließt direkt durch die Absorberrohre und wird dabei erwärmt.

Besonders für Freibäder sind diese Anlagen geeignet, denn im Sommer fallen Sonneneinstrahlung und Heizbedarf für das Beckenwasser zeitlich in idealer Weise zusammen. Die Anlagen sind einfach aufgebaut, kostengünstig und zuverlässig - und wirtschaftlich günstiger als die Beheizung mit Öl oder Gas. Eine umweltfreundliche Alternative auch für das private Schwimmbad.

Flachkollektoren

Marktgängige Flachkollektoren bestehen aus einem Metallabsorber, der in einem flachen, rechteckigen Gehäuse untergebracht ist.  Es ist zur Rückseite und zu den schmalen Seiten wärmegedämmt und an der Oberseite mit einer transparenten Abdeckung, dem Solarsicherheitsglas versehen. Zwei Rohranschlüsse für den Zu- und Abfluss des Wärmeträgermediums führen meist seitlich aus dem Kollektor.

Flachkollektoren wiegen etwa 15 bis 20 kg/m². sie werden in verschiedenen Größen hergestellt: von 1,5 m² bis 12,5 m², in bestimmten Fällen auch größer. Die gängige Größe beträgt ca. 2 m², d.h. diese Kollektoren wiegen ca. 40 kg je Modul.

Das Kernstück eines Flachkollektors ist der Absorber. Er besteht aus einem gut wärmeleitenden Metallblech (z.B. aus Kupfer oder Aluminium, vollflächig oder in Streifen) mit einer dunklen Beschichtung und aus mit ihm leitenden Wärmeträgerrohren, die in der Regel aus Kupfer bestehen.

Trifft Solarstrahlung auf den Absorber, wird sie überwiegend absorbiert und teilweise reflektiert. Durch die Absorption entsteht Wärme, die im Blech an die Wärmeträgerrohre oder -kanäle geleitet wird. Durch diese strömt die Wärmeträgerflüssigkeit, welche die Wärme aufnimmt und zum Speicher transportiert.

Aufgabe eines Sonnenkollektors ist es, eine möglichst hohe Wärmeausbeute zu erzielen. Deshalb wird u.a. angestrebt, dem Absorber ein hohes Absorptionsvermögen für Licht und ein niedriges Emissionsvermögen für Wärme zu geben. Dies erreicht man durch die Selektivbeschichtung. Sie hat gegenüber schwarzen Lacken eine optimierte Schichtstruktur zur Umwandlung kurzwelliger Solarstrahlung in Wärme und Verminderung von Wärmeabstrahlung an die Umgebung.

Vorteile des Flachkollektors

1. preisgünstiger als ein Vakuumröhrenkollektor
2. vielseitige Montagemöglichkeiten (Aufdachmontage, dachintegrierte Montage, Fassadenmontage und Freiaufstellung)
3. gutes Preis-Leistungsverhältnis

Vakuumröhrenkollektoren

Zur Verringerung der thermischen Verluste in einem Kollektor werden Glaszylinder (mit innenliegendem Absorber) ähnlich wie bei Thermoskannen evakuiert. Um die Wärmeverluste durch Konvektion vollständig zu unterdrücken, muss der in der Glasröhre eingeschlossene Raum auf unter 10ˉ² bar evakuiert werden. Eine weitere Evakuierung verhindert die Verluste durch Wärmeleitung

Die Strahlungsverluste sind, wie auch beim Flachkollektor, durch selektive Schichten niedrig gehalten. Die Wärmeverluste an die Umgebungsluft sind damit sehr stark reduziert. Auch bei einer Absorbertemperatur von 120°C und mehr bleibt das Glasrohr außen kalt. Die meisten Vakuumröhren werden bis auf 10ˉ   bar evakuiert.

Ein Vakuumröhrenkollektor besteht aus einer Anzahl miteinander verschalteter Röhren, die am Kopf durch einen Verteiler- oder Sammlerkasten verbunden sind. Darin laufen die gedämmten Vor- bzw. Rücklaufleitungen. Am Fuß werden die Röhren auf einer Schiene mit Röhrenhalterung befestigt.

Vorteile des Vakuumröhrenkollektors

1. hoher Wirkungsgrad auch bei niedrigen Einstrahlungen (z.B. im Winter)
2. geringes Gewicht und geringe Windlasten Montage
3. Austausch einzelner Röhren möglich

Ein Speicher für die kalten Tage

Das Energieangebot der Sonne ist nicht beeinflussbar und stimmt selten mit den Zeiten des Wärmebedarfs überein. Zum Ausgleich der kurzfristigen Witterungsschwankungen muss die solar erzeugte Wärme gespeichert werden. Standard-Solarspeicher bestehen entweder aus emailliertem Stahl oder Edelstahl und besitzen eine Reihe von Konstruktionsmerkmalen, die sie von konventionellen Trinkwasserspeichern unterscheidet und ihre Eignung hinsichtlich der Sonnenenergie entscheidend beeinflusst:

1. Schlankheit des Warmwasserspeichers. Solarspeicher sind schlanke, hohe Standspeicher. Nur so kann sich im Speicher eine Temperaturschichtung bilden( oben heißes, in der Mitte warmes und unten kaltes Wasser). Diese Schichtung ist eine Grundvoraussetzung für das Funktionieren einer Solaranlage.
2. Prallplatte am Kaltwassereingang. Sie verhindert, dass sich das bei einer Zapfung einfließende Kaltwasser durch Verwirbelung mit wärmerem Wasser in den höheren Schichten vermischt und dadurch die Schichtung teilweise zerstört.
3. Wärmetauscher, -anschlüsse. Die Lage des Nachheizwärmetauschers im oberen Speicherbereich garantiert eine rasche Erwärmung des Bereitschaftsvolumens (Tagesbedarf), ohne dem Solarkreis die Möglichkeit zu nehmen, auch geringe Sonnenenergiemengen wirksam in den kälteren Bereich des Speichers einlagern zu können.

Auslegung

In der Regel verfolgt die Auslegung einer thermischen Solaranlage zur Warmwasserbereitung im Ein- und Zweifamilienhausbereich das Ziel, den Energiebedarf der Trinkwassererwärmung während der Sommermonate Mai bis September zu 100% über die Solaranlage abzudecken. In den übrigen Monaten, in denen der Heizkessel ohnehin läuft, muss die Nachheizung entsprechend der Einstrahlung die fehlende Wärme liefern.

Der Warmwasserverbrauch der Bewohner eines Hauses ist eine Schlüsselgröße bei der Anlagenplanung und sollte, sofern keine Verbrauchsmessungen vorliegen, so gut wie möglich abgeschätzt werden. Im Zuge der Bedarfsermittlung sollte geprüft werden, ob die Möglichkeiten, Trinkwasser zu sparen, bereits konsequent genutzt werden (z.B. durch wasser- und energiesparende Armaturen). Geringerer Wasserverbrauch bedeutet kleinere Solaranlagen und damit niedrigere Investitionen!

Anlagen zur Heizungsunterstützung

Neben der Standard-Solaranlage zur Trinkwassererwärmung begünstigt der zunehmend sinkende Wärmebedarf durch gestiegene Anforderungen im Neubau und Bestand sowie die höheren Leistungen der modernen Solaranlagen den Trend, Solarsysteme mit Heizungsunterstützung zu installieren, sogenannte Kombisysteme. Hier ist eine Abdeckung des Heizwärmebedarfs durch die Solaranlage, je nach Wärmeschutz des Gebäudes, von 10 - 25% zu erwarten.

Die Heizungsunterstützung ist technisch so realisiert, dass entweder der Kessel auf den Speicher (Pufferspeicher) und dieser auf den Heizkreis arbeitet oder der Heizungsrücklauf über das Solarsystem in der Temperatur angehoben wird. Der Heizkessel muss dann weniger bis keine Wärme liefern.

Energiebilanz

Eine typische Flachkollektor-Solaranlage im Einfamilienhaus kann ca. ein Drittel der eingestrahlten Sonnenenergie in Wärmemenge umwandeln. In Abhängigkeit von der Kollektorbauart können jährlich etwa 350 - 450 kWh/m² Netto-Nutzungsenergie mit einer solchen Solaranlage gewonnen werden. Der tatsächliche Energiegewinn hängt stark von den technischen Daten der Anlage, der Ausrichtung des Daches und insbesondere dem Warmwasserverbrauch ab. Größere Anlagen mit spezifisch höherer Warmwasserlast und damit niedrigeren Arbeitstemperaturen können höhere Energieerträge von 500 - 600 kWh/m² per anno erreichen.

Die so ermittelten Energieerträge sind jedoch nicht identisch mit der eingesparten konventionellen Energie. Hier ist der Wirkungsgrad bei der konventionellen Energieerzeugung zu berücksichtigen. Berücksichtigt man, das ein Heizkessel während des Sommerhalbjahrs in erster Linie für die Trinkwassererwärmung in Betrieb geht, so liegen die Kesselnutzungsgrade bei konventionellen Geräten bei ca. 60%. Brennwert- und Niedertemperaturkessel können im Warmwasserbetrieb nur 80% an Brennstoff in Nutzwärme umsetzen.

Nimmt man einen mittleren Nutzungsgrad von 70% an, dann entsprechen 400 kWh/m² Netto-Nutzenergie einer Primärenergie-Einsparung von etwa 570 kWh.

Bei einer angenommenen Lebensdauer von 20 Jahren für die Kollektoranlage ergibt sich also eine Einsparung an Primärenergie von 20 x 570 kWh = 11.400 kWh/m² je m² Kollektor. Damit ist gleichzeitig eine Einsparung von über 3.000 kg CO2 gegenüber einer Beheizung mit Heizöl EL verbunden. Wird die elektrische Warmwasserbereitung durch den Anschluss von Waschmaschine und Geschirrspüler teilweise solar kompensiert, erhöht sich die Einsparung und damit die Umweltbelastung.

Ein weiterer Faktor ist die Energie-Rücklaufzeit einer Solaranlage. Hierunter versteht man den Zeitraum, den die Solaranlage in Betrieb sein muss, um die für die Herstellung der Anlage aufgewendete Energie wieder solar zu erzeugen. Umfangreiche Studien haben gezeigt, dass die hier beschriebenen Solarsysteme eine Energierücklaufzeit von 1-2 Jahren besitzen. Konventionelle Heizanlagen dagegen verbrauchen fossile Energieträger nicht nur zur Herstellung, sondern auch während des Betriebes.

Was kostet die Anlage?

Bei Kleinanlagen im Ein- und Zweifamilienhausbereich liegen die spezifischen Investitionskosten etwa bei:

• 5.600,-- € mit 5 m² Kollektorfläche bei Flachkollektoren (abzgl. Förderungen des Bundes)

• 6.500,-- € mit 3 m² Vakuumröhrenkollektoren (abzgl. Förderungen des Bundes)

Die Kosten beinhalten sämtliche Komponenten und die Montage zzgl. Mehrwertsteuer. Die Betriebskosten bei Kleinanlagen, d.h. Wartung und Stromkosten, liegen in der Größenordnung von jährlich 1% der Investitionskosten.

Bei großen Solaranlagen im Mehrgeschossbau ist die Kostenbetrachtung etwas umfangreicher. Zu betrachtende Parameter für die Wirtschaftlichkeitsermittlung sind hierbei:

• die Investitionskosten der Anlage- Finanzierungskosten
• Kosten für Wartung und Instandsetzung
• die Nutzungsdauer der Anlage
• Kosteneinsparungen an konventioneller Energie
• sonstige Kosteneinsparungen

Die Nutzungsdauer der Anlage kann mit 20 Jahren angesetzt werden. Dies ergab eine Studie des BMWi (Bundesministerium für Wirtschaft).

Weitere Kosteneinsparungen sind beispielsweise zu erzielen, wenn durch die Installation einer Solaranlage im Neubau auf die konventionelle Dachdeckung verzichtet werden kann (Indachmontage). Je m² Dachdeckung können dafür Kosten von ca. 50 € je m² in Ansatz gebracht werden.

Das Kosten-/Nutzenverhältnis thermischer Solaranlagen aus betriebswirtschaftlicher Sicht wird durch die solaren Wärmegestehungskosten beschrieben. Hierzu werden alle Investitionen und Betriebskosten der Anlage mit dem erwirtschafteten Energieertrag verglichen. Danach ergeben sich für die Anlagen im Ein- und Zweifamilienhausbereich Wärmegestehungskosten zwischen 0,10 - 0,15 € je kWh, für Anlagen im Mehrgeschossbau zwischen 0,07 - 0,10 € je kWh, und sie werden steigen!

Bei einer Steigerung der Energiepreise in den nächsten Jahren stellt sich diese Rechnung deutlich vorteilhafter zugunsten der Solaranlage dar.

Rechnet sich das?

Die Beantwortung dieser Frage ist in erster Linie eine Frage des eigenen Wertesystems. Die Freude an der Technik und das gute Gewissen lassen sich nicht mit Geld bezahlen. Wer sich um die lebenswerte Zukunft seiner Kinder sorgt, dem ist die Investition in die Solaranlage das Geld wert. Unterstützt wird die Kaufentscheidung durch Zuschüsse und spätestens bei der nächsten Preiserhöhung für Strom, Heizöl oder Erdgas weiß jeder Solaranlagenbesitzer, dass seine Entscheidung für die Solaranlage richtig gewesen ist.

Finanzielle Förderung

Bundesförderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft:

Gefördert werden Solarkollektoranlagen zur Trinkwassererwärmung, Raumheizung und Prozesswärmeerzeugung durch einen nicht rückzahlbaren Zuschuss. Die Förderhöhe beträgt z.Zt. 60,00 €/m² für die Warmwasserbereitung und 105,00 €/m² für die Warmwasserbereitung mit Heizungsunterstützung.

Anträge nach diesem Programm werden bewilligt durch (Antragsstellung nach Fertigstellung und Rechnungserstellung):

Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA)
Frankfurter Straße 29-35
65760 Eschborn

Tel.: 06196/908-625  oder  Fax: 06196/908-800
www.bafa.de

In Hamburg richtet sich die Förderung an den Installationsbetrieb, der diese Förderung dem Solarbetreiber zukommen läst.

Finanzierungsangebote

KfW-CO2-Minderungsprogramm - Erneuerbare Energien. Gefördert werden Maßnahmen an neuen Wohngebäuden zur Nutzung erneuerbarer Energien durch Installation von thermischen Solaranlagen und solar unterstützten Nahwärmenutzungen durch zinsgünstige Kredite. Kumulation mit der Öko-Zulage ist möglich. Anträge werden über die Hausbank gestellt.

Kontakt:
Kreditanstalt für Wiederaufbau
Palmengartenstraße 5-9
60325 Frankfurt

Te.: 069/7431-4340
www.kfw.de

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