Solaranlage?

'Die solare Schwimmbaderwärmung stellt eine der wenigen aktiven Solarsysteme dar,
die sich wirtschaftlich bereits nach wenigen Jahren amortisieren.'
(Zitat Institut für Wärmetechnik, TU Graz)

Inhalt

1. Sparen mit einer Warmwasser-Solaranlage?
• Warmwasser im Sommer mit dem Öl/Gas-Kessel
• Was ist möglich mit einer thermischen Solaranlage in unseren Breiten?
2. Das solare Angebot
3. Nutzung des Solargewinns
4. Vergleich der Systeme
5. Solare Tipps
6. Mehr Hintergrundinfos

Sparen mit einer Warmwasser-Solaranlage?

Warmwasser im Sommer mit dem Öl/Gas-Kessel
Der warme Sommer 1999 und 2003 in unserer überwachten und optimierten Anlage hat sehr schön gezeigt, dass der Ölverbrauch für das Aufheizen vom Trinkwasser einfach minimierbar ist und bei unter 1 Liter Öl (10kWh) pro Tag im 2-Personenhaushalt liegen kann:
 

Jahr	Liter/d	Liter/Monat	Kosten/Monat	Kosten/Jahr
(6...9) 1999	1,2285	38,85	7,77 Euro	~ 95 Euro
(5...9) 2003	0,83	24,9	8,715 Euro	~105 Euro
Elektroheizung zum Vergleich mit 0,15 Ct/kWh		250kWh	37,50 Euro	~450 Euro

Reelle Kosten der Warmwasserbereitung mit NT-Ölkessel ohne Abschreibung in den Monaten ohne Heizung.
Klar ersichtlich: 4-fache Kosten bei Elektroheizung!
 
Nach RWE-Bauhandbuch 11. Ausgabe (u.a.) beträgt die jährliche Gesamteinsparung mit einer Warmwassersolaranlage beim Einfamilienhaus zwischen 300 und 1000 Liter Öl. Die 1000 Liter erscheinen heute viel. In anderen Beschreibungen, die das Potenzial von solar erwärmtem Trinkwasser beschreiben (u.a. der Artikel der VDI-nachrichten vom 16.6.2000), kann man dann immer wieder die folgenden Zahlen lesen:

• Ca. 8% der benötigten Gesamt-Wärmeenergie oder 60% der jährlichen Trinkwassererwärmungs-Kosten können eingespart werden. (Weil es besser klingt, lesen Sie eben öfter von 60%!)
• Das sind bei einer 4-köpfigen 'Normalfamilie' 2500 kWh/a.
• Es entspricht 250 Liter Öl oder 250 m³ Gas.

• im Jahr 1999: 50 Euro (bei 20 Cent/Liter)
• im Jahr 2000: 75 Euro (bei 30 Cent/Liter)
• im Jahr 2002: 87,50 Euro (bei 35 Cent/Liter)
• im Jahr 2005: 100 Euro (bei 40 Cent/Liter)
• im Jahr 2009: 135 Euro (bei 54 Cent/Liter)

(Die Zahlen im obige Absatz wurden in Test 4/2002/S61 fast wörtlich zitiert und haben damit den BRD-offiziellen Segen :-)

Was ist möglich mit einer thermischen Solaranlage in unseren Breiten?

Monatliche Verteilung des solaren Gewinns in D. [Quelle: Viessmann Fachreihen]	Solare Konstanten für 50º N.Breite	Gewinn kWh/(m²*d)
	Gewinn im Sommer: (Mai, Juni, Juli)	2,80
	Mittelwert im Sommer	2,00
	Gewinn in Übergangszeit (April, September)	1,40

• Bei der üblichen TWW-Flachkollektorfläche von 5m² könnten Sie hier pro Sommertag etwa einfahren:
  10,00 kWh, also ~1 Liter Öl oder ~1 m³ Gas !
• Mit einer Kollektorfläche von 20m² zur Heizungsunterstützung bekommen Sie je nach Abnahme Überhitzungsprobleme im Sommer und könnten im ganzen Jahr doch nur etwa 10000 kWh ernten, also ~1000 Liter Öl oder ~1000 m³ Gas! Die Überhitzungsprobleme im Sommer mindern den Nutzen weiter.
• Als Daumenwerte können Sie sich merken, dass 1m² Vakuumkollektor ca. 500kWh/a und 1m² der flachen nur 400kWh/a nutzbar liefern.

• Wenn Sie es schaffen, Ihr Haus durch Isolieren auf diese 10000 kWh Verlust-Wärmemenge zu reduzieren und diese Wärmemenge passend zu speichern, benötigen Sie keine fossile Energie mehr. Sie haben das Heizenergie autarke Haus.
• Je nach Einbausituation vermindert der Beschattungseffekt von Aufdach-Anlagen die Überhizung des Dachgeschosses im Sommer.

Das solare Angebot

Sonnenstunden in Deutschland [Quelle: Fröhling]

Dauer und Einstrahlung Bei den hiesigen Sonnenscheindauern von 1300 bis 2000h/a erreichen wir in der BRD Energiedichten von 900 bis 1200kWh/(m²*a). Die Einstrahlungsleistung auf einen Kollektor beträgt bei voller Sonne ca. 1000W/m², von denen der Flachkollektor maximal 800W/m² an den Speicher weitergeben kann: Wirkungsgrad 80%. Dynamik: Die mittleren Tagessummen der Solarstrahlung unterscheiden sich zwischen Juni und Dezember um den Faktor 10. Über die statistische Verteilung der Leistung und deren Anteil finden Sie in dem Kollektorvergleich Daten.   Im Bild finden Sie die örtlich nutzbaren Sonnenstunden in Deutschland. Zum Vergleich: Ein Jahr hat ca. 8760 Stunden, davon ist es an 4380 Stunden dunkel. Französische Atlantikküste: 2000...2500 Sonnenstunden Französische Mittelmeerküste (Marseille): 2900 Sonnenstunden Dachflächenkataster 2008: Schon wachen Kommunen auf, die südlichen Dachflächen Ihrer Eigentümer sinnvoll zu nutzen. Erste Dachflächenkataster für Solaranlagen entstehen in Osnabrück und Gelsenkirchen.

Nutzung des Solargewinns

Der hauptsächliche Unterschied der solaren Energie zu anderen konventionellen Energiequellen wie Gas und Öl besteht darin, dass sie nicht jederzeit 'anschaltbar' ist, wenn wir sie nutzen wollen. Wenn wir also eine Solaranlage zu einer bestehenden Heizungsanlage installieren, müssen wir bei der Strategie der Wärmespeicherung radikal umdenken.
Jetzt muss die sensible Solarenergie die Erst-Energiequelle sein. Von einem zentralem Steuergerät wird diese wird vorrangig verwaltet - dann erst kommt die nur noch zeitweise benötigte konventionelle fossile Energie.
 

Einfache Solaranlage mit Kombispeicher, Kessel und 1 gemischten Heizkreis [Quelle: Sorel]

Eine Nutzung der solaren Wärmeenergie ist immer dann gegeben, wenn man die Wärme zeitgleich benötigt. Sonst muss man zur Haushülle passend große Speicher zur Verfügung stellt, die in den Zeiten des solaren Angebots auch leer (kalt) sein müssen, wenn man die Wärme denn auffangen will.   In Solaranlagen ohne zentrale Steuerung ist das nicht gegeben, weil die Kesselsteuerung morgens "vorsorglich mal Warmwasser" gemacht hat, denn sie weiß ja nicht, wie das Wetter wird. Meistens ist mit einer solchen 'Regelung' jede Aussicht auf solaren Gewinn dahin - und damit auch die Rentabilität.

Da sind die Ansätze von Viessmann schon ganz positiv, die Nachladung zu sperren, sobald 'Sonne in Sicht ist', d.h. beim ersten Zucken der Solarpumpe wird jede Speicherladung per Brenner gesperrt. Das ist vor allem sinnvoll, wenn Ladezeiten tagsüber pauschal freigegeben worden sind. (Eben in der Werkseinstellung!)
      Wenn Sie bei Ihrer installierten Anlage was dagegen tun wollen - gucken Sie mal bei Zirkomat rein. Die stellen einen Heliomat her, der genau das können soll. Was allerdings fehlt, sind z.B. von der Wettervorhersage gesteuerte Ladestrategien. Diese Geräte sind aber erst in der Entwicklung. Möglich wäre so was über den D-Kanal von ISDN oder Internet.
      Helfen kann man sich damit, dass man die kesselseitige Trinkwassererwärmung immer erst nach allen möglichen Solargewinnen freigibt - und dann nur kurz vor den Zeiten, in denen wirklich warmes Wasser benötigt wird. Buderus bastelt auch an solchen Ladestrategien und hat nach eigenen Aussagen 10% Mehrertrag erreicht.
 
Mehr zu Speicherverlusten: Wieviel Solarwärme kommt aus Kombispeichern...

Vergleich der Systeme

Echter Verbrauch, nicht der Bedarf!
Der Autor selbst hat seinen Eigenverbrauch Trinkwarmwasser nach Einbau eines Wasserzählers endlich mal richtig messen können. Das Nachrechnen ergab, dass im Sommer die reine Trinkwassererwärmung zwar nur Verbrauch von unter einem Liter Öl/Tag benötigt, aber nur mit 50% Nutzungsgrad läuft: Kessel- und Speicherverluste sind zwar minimiert, aber doch so groß, dass bei abgestellter Heizung die TWW-Bereitung mit einem elektrischen Durchlauferhitzer schon bald sinnvoller wäre. Doch Strompreis/Kraftwerksverluste hindern mich daran.
      Kann man die solare Leistung zeitgleich abnehmen, ist ein Speicher überfüssig. Nur Überschüsse müssen wir speichern. Leider gibt es immer wieder ganz schlechte Wochen im Sommer, die keinen Solarertrag liefern, so dass Planer damit liebäugeln, den Speicher für mehr als 3 Tage Reichweite auszulegen. Unsinn: die Speicherverluste machen jeden Gewinn wieder zunichte. Billiger und normal (weil sinnvoll) sind 2 Tage Reichweite.
Kosten
Bei einer kleinen TWW-Solaranlage kann man von 4000 Euro und einer Lebensdauer von 20 Jahren (240 Monate) ausgehen. Abschreibungsmäßig entstehen also monatliche Kosten von ~ 16,6 Euro. Bei 100% Öl-Ersatz im Sommer hätten Sie also für 16,6 Euro/Tag warmes Wasser. Oder auch kaltes, wenn der Speicher leer ist...
Vergleichen Sie das mit den 9 Euro/Monat für's Warmwasser per Öl oben! Der Öl/Gaspreis müsste also heute (2003) um das Doppelte steigen, wenn eine Solaranlage nur in ihrer besten Zeit -im Sommer- rentabel sein sollte. Mehr zur Preisentwicklung.
Image
Eine sparsame Heizung ist unauffällig, leise und eben nichts zum Vorzeigen. Eine Solaranlage verschafft Ihnen für den monatlichen Aufpreis ~7,60 Euro ein weithin sichtbares Image :-) Auch die Elektroheizer freuen sich im Sommer, weil Ihnen dann die thermische Solaranlage 3 Monate lang wieder je 20,90 Euro zurück gibt. Da ist sie also sofort sinnvoll!
      Als Zugabe zu meinen abschreckenden solaren Gemeinheiten ergänzt Prof. Wolff von der TU Wolfenbüttel:
'Die Investitionskosten für komplett installierte Anlagen inclusive Speicher liegen im Ein- und Zweifamilienhausbereich zwischen 560 und 760 Euro/m² Flachkollektorfläche. Eine Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen ist damit beim heutigen Preisstand (1999) konventioneller Energieträger nicht gegeben.' [Handbuch Haustechnische Planung, 2000, S.215]. Anfang 2009 sind wir auf dem Niveau von August 2004, inflationsbereinigt weit drunter...
 

BHKW, KWK, Dachs oder so?
Die wirre deutsche Förderpraxis 'erneuerbarer' Energien schwemmt jetzt die Mini-Blockheizkraftwerke nach oben und macht den Solaranlagen den Einbau schwer. Die BHKW-Module werden ja schon lange bei den professionellen Stromerzeugern eingesetzt. Daher wissen diese auch genau, wann sie die Finger davon lassen müssen.
      Im Einfamilienhausbereich rechnen professionelle Drücker die Dinger den Besitzern schön und versprechen Rendite schon nach 4 bis 8 Jahren. Wenn die sanierungswilligen Eigentümer dann auch noch auf den billigeren Gasvertrag des Anbieters eingehen, rechnet sich das Ding noch schneller. Sehr attraktiv, denn der Anbieter verdient am Gas auch noch mal...
 
Wägt man alle entscheidenden Argumente ab, tauchen Gründe gegen BHKWs und für Solar auf, die ich hier mal zusammenfassen will.

1. BHKW verbrauchen fossile Energie. Fossile Energie ist aber absehbar begrenzt verfügbar.
2. Sie verhindern Einspareffekte, weil Einsparungen die Rentabilität hinausschieben.
   Ändern sich die Abnahmebedingungen, ändert sich die Rentabilität - meist zum Negativen.
   Wenn Sie nicht vor der BHKW-Entscheidung ihren Heizwärmebaderf minimiert haben, werden Sie mit den späteren Verbesserungen noch(mal) bestraft.
3. Mini-BHKWs (bis 50kW) kosten nicht eingebunden rund 1600€/kW, Solarkollektoren der feinsten Sorte in dieser Größenordnung <900 €/kW und Brennwertkessel sind schon um die 200€/kW zu haben.
4. Wartungskosten sind bei Solaranlagen fast Null, bei BHKWs schon unter 2000 €/a zu haben. :-(
5. BHKW Lebensdauer 5...max.10 Jahre? Konventionelle Heizung 20a, Solaranlage >20a.
6. Jahresnutzungsgrade (bezogen auf Hs) einer optimierten Heizung liegen heute bei >92%, ein BHKW schafft 88..89%.
7. Die Verhältnisse Wärme/Strom/Verluste bei einem BHKW liegen etwa bei 60%/30%/10%.
   Um die 30% hochwertigen Strom zu nutzen, nimmt der Betreiber in Kauf, 70% Abwärme zu erzeugen, die er in dem Moment auch nutzen muss, ob er will oder nicht, wenn er nicht weitere Verluste hinnehmen und bei dem Wirkungsgrad eines Kraftwerks landen will: 38%. Verluste der Puffer, die ihn die Wärme zeitverschoben nutzen lassen, verschlechtern die 88% Wirkungsgrad weiter.
   Daher werden die meisten BHKWs wärmegeführt (und nicht netzorientiert) betrieben - was ihren Einsatz auf die Heizzeit einschränkt, wenn man sie nicht für permanente Prozesswärme benötigt.
8. Die Wärme, die ein BHKW als 'Abfall' erzeugt, ist von eingekauftem Gas/Öl gemacht.
   Solaranlagen bringen im Gegensatz zum BHKW einen echten Sparvertrag mit:
   Da der 'Gewinn' ohne die Solaranlage real als Energiekosten angefallen wäre, ist er nicht nur ein Buchwert, sondern bleibt auch real übrig. Besser sparen kann man nicht.
9. Der Strom, den ein BHKW erzeugt, ist nur in der Dachswerbung kostenlos! Bei allen anderen wird auch er mit dem Einsatz von eingekauftem Gas/Öl gemacht :-) Tendenziell steigen Energiepreise - alle!
   Je billiger der Gaseinkauf und je teurer der Stromeinkauf, desto eher rechnet sich also ein BHKW.
   Wenn die eingekaufte Energie billiger wird, wird das BHKW rentabler, die Solaranlage unrentabler.
10. Nach Aussagen von Wissenschaftlern ( Uni Braunschweig) und Stromerzeugern ( eon) sind Mini-BHKWs (bis 100kW) nur dann wirtschaftlich, wenn sie
    • mehr als 7000h pro Jahr laufen und...
    • die Dimensionierung (in kW) 1/15000 des jährlichen Wärmeverbrauchs (in kWh) ist und...
    • das Verhältnis Strompreis/Gaspreis größer 2,5 ist.
    Beispiel: Bei reinem Eigenstromverbrauch muss so eine Anlage dann auch im Sommer durchlaufen und der Gaspreis weniger als 8€Ct/kWh kosten, wenn der Strom 2009 typisch mit 20€Ct/kWh eingekauft wird.
11. Weiterdenken - was ist nach 10 Jahren, wenn die BHKW-Förderung ausläuft?

Muss eine Installation immer wirtschaftlich sein?
Man könnte auch in der BHKW- oder TWW-Solarwerbung eine Betrugsabsicht erkennen: nur eben mal neue Geräte zu verkaufen, die dem Nutzer dann zur Unwirtschaftlichkeit auch noch die Wartungskosten und die Gaslieferung einbringen.
      Natürlich bietet Ihnen kein Handwerker an, die Erträge Ihrer BHKW-/Solaranlage zu protokollieren und zu vergleichen, wenn er sie bei Ihnen installieren durfte - oder? Das macht nur ein Gebäudeenergie-Minimierer wie wir.
Kann man eigentlich überhaupt eine Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen fordern, wenn schon eine Heizungsanlage vorhanden ist? Die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen in unseren Breiten ist eine Spekulation auf steigende Energiepreise ...die Sie als Autofahrer aber vehement ablehnen?
      Das Wirtschaftlichkeits-Argument ist sowieso hinfällig, wenn jemand Spass daran hat. Welcher Käufer rechnet sich die Wirtschaftlichkeit seines spritsaufenden SUV's oder seiner Modelleisenbahn aus?

Wir können Ihnen guten Gewissens also nur diese Tipps geben:

1. Wenn Sie also gerade dabei sind, zu bauen und wirklich knapp bei Kasse sind:
   ==> Legen Sie sich die Leitungen mit Leerrohr schon beim Bau ins Haus!
   Bei einem Einfamilienhaus reichen i.a. 2 Mineralwolle-isolierte 15er Rohre. Dazu ein Leerrohr oder ein 4er Telefonkabel. Das ist eine Ausgabe, die jedes Baukonto tragen kann. Leitungen sind ungeheuer teuer, wenn man sie nachträglich verlegt. Wenn dann mal wieder Geld da ist, bauen Sie Speicher und Kollektor mit einer dann zeitgemäßen Steuerung an ihre Heizanlage.
   ==> Wählen Sie genügend große Heizflächen
   Nur bei Boden- oder Wandheizung kann man die niedrigen Temperaturen einer Wärmepumpe und solarer Heizungsunterstützung sinnvoll nutzen.
2. Eine Wärmepumpe ist nur mit einer Solaranlage sparsam im Verbrauch.
3. Erst einsparen und optimieren, dann Solar!
   
   • Nach guter Isolation und Optimierung der Heizung erreichen Sie leicht Einsparung an fossiler Energie in solchen Mengen, die solar gar nicht einzufangen sind.
   • Zirkulationsverluste minimieren.
   • Die dann folgende Solaranlage ist kleiner und daher viel eher 'wirtschaftlich'.
4. Bei bestehenden Solaranlagen ist die erste Sanierung diese:
   Datenlogger einsetzen und beobachten, wie sich die Anlage beim solaren Laden verhält.
   Grund:
   • Meist wird bei der Hydraulik der Anlage geschlampt (man sieht es ja nicht) oder die Pumpen werden nicht richtig ausgewählt oder eingestellt (Lowflow oder Highflow-System?).
   • Bei fast allen gebauten Anlagen ist die Solarregelung eine Katastrophe - es gibt so gut wie keinen Regler, der nach einer energetisch optimierten Regelstrategie arbeitet (wenn er es hydraulisch überhaupt könnte).

   Beispielhafter Flachkollektorwirkungsgrad (%) über der Temperaturdifferenz von mittlerer Absorbertemperatur und der Außentemperatur (in K) bei einer Einstrahlung von 1000W/m²

   Das heißt im Klartext, dass der Regler die meiste Zeit des Jahres versuchen muss, den Flach!Kollektor so kalt wie möglich zu fahren, um ihn im Bereich seines besten Wirkungsgrades zu betreiben, denn nur dann ergibt sich ein hoher Jahresnutzungsgrad. Bei Vakuumröhrenkollektoren ist der Wirkungsgradabfall wesentlich kleiner. Daher bringt der mit 1m² 500kWh/a und die flachen nur 400kWh/a.   <== Im Diagramm ist das der Bereich auf der rot/grünen Trennlinie von oben links bis zur Mitte.

   
   Als eine Maßnahme kann man einen Solarregler mit Pumpen-Drehzahlregelung einsetzen und neu einmessen. Die Pumpenleistungsregelung nach der adaptiven Temperaturdifferenz führt zu einem bis zu 30% höheren Energieertrag gegenüber der herkömmlichen Zweipunkt-Pumpenregelung nach Temperaturdifferenz. Damit lässt sich also schneller laden - mit dem Nachteil schlechterer (Flach-)Kollektoreffektivität.
   Hersteller: Technische Alternative, Stäfa, Wilo.
5. Bei bestehenden Anlagen mit Kombispeichern:
   Hier ist die Warmwasserbereitung gerne so eingestellt, dass die Sonne auf einen (immer noch) warmen Speicherinhalt trifft.
   Zeiten ändern, Steuerung ändern, bei NT-Anlagen ohne Brennwertnutzungsmöglichkeit alles über Pufferspeicher laufen lassen - selbst den meist viel zu kleinen Trinkwassererwärmer kann man daran anschließen...
6. Passend großen Speicher wählen! Die Anlage kritisch nachrechnen!
   Wie alle Pumpen 3 mal zu groß ausgelegt werden, so werden Pufferspeicher zu klein ausgelegt. Wenn ein 18kW-Brenner (in einem Kessel mit einem Wirkungsgrad von 90%) zum Nachladen von 40º auf 60º 60 Minuten brennen soll, muss der dahinterstehende Speicher alleine 700(!) Liter für die Aufnahme der Wärmemenge haben. Dann sollte man für Solar noch mal mindestens die Hälfte dazu tun: Wir kommen auf über 1000 Liter, das entspricht 60 Liter/kW Brennerleistung - als Minimum.
7. Den/die Speicher auf Leckwärmeverluste kontrollieren. Diese abstellen und prüfen, ob...
   • Rückschlagklappen installiert sind und funktionieren: Zirkulation.
   • Thermosiphons an den abgehenden warmen Leitungen sind.
8. Eine nach heutiger Ansicht übertrieben gute Hausisolation wählen. - Warum?
   
   • Je besser Sie isolieren, desto besser kommen Sie auch mit der im Winter so knappen Solarenergie zum Heizen hin. In Mitteleuropa können nennenswerte solare Heizungsbeiträge nur zu Beginn und zum Ende der Heizperiode erreicht werden.
   • Es ist eben sinnvoll, den Gesamt-Heiz-Energieaufwand zu verringern, weil er bei uns in ein solares Minimum-Angebot fällt und bisher nur mit irrsinnigem Aufwand solar bereitgestellt werden kann:

Mehr Hintergrund-Infos

1. ... im Abo
2. Testen Sie hier schnell selbst, was bei Ihnen eine thermische Solaranlage bringen könnte.
3. Populärwissenschaflich auf den Energieverbraucher-Seiten
4. Wer es lieber wissenschaftlich hat, liest in den Downloads die Vorlesungen des Instituts für Wärmetechnik, der TU Graz.

Kuriositäten

1. die Website eines 'Solar-Betrogenen': Rainer Hoffmann
2. die Seiten des 'Dämm-Gegenpapstes' Alfred Eisenschink