Solarthermie im Winter: Fakten & Tipps

Winter, Schnee, Eiseskälte – die meisten denken dabei sicherlich nicht an Sonnenenergie. Doch was, wenn ich Ihnen sage, dass Solarthermie auch in der kältesten Jahreszeit Ihr treuer Begleiter sein kann? Stellen Sie sich vor, trotz der kurzen Tage und des schwachen Sonnenlichts könnten Sie weiterhin die Kraft der Sonne nutzen, um Ihr Zuhause gemütlich warm zu halten. „Solarthermie im Winter“ mag sich zunächst wie ein Widerspruch anhören, aber moderne Technologien und innovative Ansätze haben das Feld neu definiert. In diesem Artikel tauchen wir in die faszinierende Welt der winterlichen Sonnenenergienutzung ein und enthüllen Fakten, die selbst Skeptiker überraschen werden.

Funktionsweise der Solarthermie

Solarthermie bezieht sich auf die Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme. Diese kann man dann entweder direkt nutzen oder für später speichern. Hier ist eine ausführlichere Erklärung des Prozesses:

1. Absorberplatten: Im Herzen jeder Solarthermie-Anlage stehen die Kollektoren. Diese sind in der Regel mit Absorberplatten ausgestattet, die dazu dienen, die Sonnenstrahlen zu absorbieren. Diese Platten sind oft dunkel gefärbt, um eine maximale Aufnahme von Sonnenlicht zu gewährleisten.
2. Wärmeträgerflüssigkeit: Sobald die Absorberplatten die Sonnenenergie aufnehmen, erwärmt sich eine spezielle Flüssigkeit, die als Wärmeträgerflüssigkeit bekannt ist, die durch Röhren in den Platten zirkuliert. Diese Flüssigkeit kann je nach System unterschiedlich sein, besteht aber oft aus einer Mischung von Wasser und Frostschutzmittel.
3. Wärmetauscher: Die erwärmte Wärmeträgerflüssigkeit gelangt dann zu einem Wärmetauscher, der die Wärme von der Flüssigkeit auf das Speicherwasser überträgt. Das erhitzte Wasser kann dann entweder direkt für Heizzwecke verwendet oder in einem Speichertank für eine spätere Nutzung aufbewahrt werden.
4. Speichertank: In vielen Solarthermie-Anlagen gibt es einen Speichertank, in dem sich das erwärmte Wasser sammelt, bis man es benötigt. Dies ermöglicht es, dass die Anlage auch dann Wärme liefern kann, wenn die Sonne nicht scheint, z.B. nachts oder an bewölkten Tagen.
5. Regelung und Pumpen: Moderne Solarthermie-Anlagen verfügen über Regelungssysteme, die sicherstellen, dass die Anlage effizient arbeitet. Diese Systeme steuern Pumpen, die die Wärmeträgerflüssigkeit durch die Anlage zirkulieren lassen, basierend auf Faktoren wie der Temperatur der Absorberplatten und des Speichertanks.

Die Solarthermie nutzt die Energie der Sonne, um Flüssigkeiten zu erwärmen, die dann dazu verwendet werden können, Wasser für Heizzwecke oder Warmwasserbereitung zu erhitzen. Es ist eine effiziente und umweltfreundliche Möglichkeit, die Energie der Sonne zu nutzen.

Welche Solarthermie Kollektoren gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Solarthermie-Kollektoren, die je nach Anwendung und Standort eingesetzt werden. Hier ist eine Tabelle, die die gängigsten Typen von Solarthermie-Kollektoren sowie ihre Vor- und Nachteile beschreibt:

Typ des Kollektors	Vorteile	Nachteile
Flachkollektor	– Einfache Bauweise – Kostengünstig – Lange Lebensdauer	– Weniger effizient bei niedrigen Sonnenständen – Größere Dachfläche erforderlich
Röhrenkollektor (Vakuum)	– Hohe Effizienz, auch bei niedriger Sonneneinstrahlung – Gute Isolation, geringe Wärmeverluste	– Teurer in der Anschaffung – Aufwendiger in der Installation
Luftkollektor	– Kann zur Raumheizung und zur Frischluftzufuhr verwendet werden – Einfache Integration in bestehende Lüftungssysteme	– Geringere Effizienz als Flüssigkeitskollektoren – Oft größer und sperriger

Flachkollektoren sind die am häufigsten eingesetzten Kollektoren und eignen sich besonders für Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung. Sie sind einfach aufgebaut und bestehen in der Regel aus einem flachen, isolierten Gehäuse mit einer oder mehreren Glas- oder Kunststoffscheiben an der Oberseite und einem Absorber an der Unterseite.

Röhrenkollektoren (Vakuum) nutzen Glasröhren, in denen ein Vakuum herrscht, um die Wärmeisolierung zu maximieren. Innerhalb jeder Röhre befindet sich ein Absorber, der die Sonnenstrahlen einfängt und die Wärme an eine Wärmeträgerflüssigkeit überträgt. Diese Art von Kollektor ist besonders effizient, auch bei geringer oder indirekter Sonneneinstrahlung, wie sie in kälteren oder bewölkten Regionen vorkommt.

Luftkollektoren sind eine spezielle Art von Kollektor, die Luft statt Flüssigkeit als Wärmeträgermedium verwendet. Sie können zur Beheizung von Räumen oder zur Erwärmung von Frischluftzufuhr in einem Gebäude verwendet werden.

Jeder Typ von Solarthermie-Kollektor hat seine eigenen Vor- und Nachteile, und die Wahl des besten Typs hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich des Standortes, des Budgets und des spezifischen Verwendungszwecks.

Solarthermie im Winter und Zusatzheizung

In vielen Regionen reicht die Energie der Sonne allein nicht aus, um das gesamte Jahr über den Warmwasserbedarf und die Raumheizung eines Haushalts zu decken, besonders in den Wintermonaten oder an bewölkten Tagen. Daher ist es oft sinnvoll, die Solarthermieanlage mit einer Zusatzheizung zu kombinieren.

Die Kombination aus Solarthermie und Zusatzheizung ermöglicht es, die Vorteile beider Systeme optimal zu nutzen. Während sonniger Perioden kann die Solarthermieanlage den Großteil des Warmwasserbedarfs und einen Teil der Raumheizung übernehmen. An Tagen mit geringer oder keiner Sonneneinstrahlung springt die Zusatzheizung ein, um die fehlende Energie bereitzustellen.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Solarthermieanlage mit einer Zusatzheizung zu kombinieren:

1. Kombispeicher: Hierbei handelt es sich um einen Speichertank, den sowohl von die Solarthermieanlage als auch die Zusatzheizung beheizen. Wenn die Sonnenenergie nicht ausreicht,  schaltet sich automatisch die Zusatzheizung ein, um den Speicher auf die gewünschte Temperatur zu bringen.
2. Bivalente Anlagen: Bei diesem System sind Solarthermie und Zusatzheizung parallel geschaltet. Die Regelungstechnik entscheidet, welche Energiequelle zum Einsatz kommt. Wenn die Energie aus den Solarkollektoren nicht ausreicht, schaltet sich die Zusatzheizung zu.
3. Hybride Anlagen: Hierbei handelt es sich um Anlagen, bei denen die Solarthermie direkt mit einer Wärmepumpe kombiniert ist. Die Wärmepumpe kann sowohl die von den Solarkollektoren erzeugte Energie als auch die Umgebungsenergie nutzen, was die Effizienz des Systems erhöht.

Die Auswahl des geeigneten Zusatzheizungssystems hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Größe und Isolierung des Gebäudes, der vorhandenen Heizungsinfrastruktur und dem Budget. Es ist auch wichtig, die Regelungstechnik sorgfältig auszuwählen, um sicherzustellen, dass die beiden Systeme nahtlos zusammenarbeiten und maximale Energieeinsparungen erzielt werden.

Insgesamt kann man sagen, dass die Kombination aus Solarthermie und Zusatzheizung eine zuverlässige und umweltfreundliche Lösung bietet, die den Energiebedarf eines Haushalts das ganze Jahr über decken kann. Auch bei älteren Häusern kann man eine Solarthermie nachrüsten. Dies ist nicht nur Neubauten vorbehalten.

Die Bedeutung des Speichers in der Solarthermie

Ein zentrales Element jeder Solarthermieanlage ist der Speicher. Er nimmt die durch die Solarkollektoren gewonnene Wärme auf und hält sie für den späteren Bedarf vorrätig. Damit erfüllt er eine essenzielle Funktion: Er entkoppelt die Wärmeerzeugung von deren Nutzung, was bedeutet, dass nicht sofort verbrauchte Wärme nicht verloren geht, sondern zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden kann.

Die Hauptmerkmale und Vorteile eines gut dimensionierten und effizienten Speichers sind:

1. Zeitliche Flexibilität: Da die Sonneneinstrahlung und der Wärmebedarf nicht immer zeitgleich auftreten, ermöglicht der Speicher eine zeitliche Verschiebung zwischen Produktion und Verbrauch der solaren Wärme.
2. Effizienzsteigerung: Ein gut isolierter Speicher reduziert Wärmeverluste und sorgt so für eine bessere Ausnutzung der solaren Erträge.
3. Integration von Zusatzheizungen: Wie bereits im vorherigen Abschnitt erwähnt, kann ein Speicher auch von einer Zusatzheizung beheizt werden. Dies ermöglicht eine nahtlose Integration von Solarthermie und herkömmlichen Heizsystemen.
4. Mehrschichtigkeit: Moderne Speicher nutzen das Prinzip der Schichtenspeicherung. Das bedeutet, dass Wasser je nach Temperatur in unterschiedlichen Schichten des Speichers gelagert wird, was zu einer effizienteren Nutzung und geringeren Wärmeverlusten führt.
5. Anpassungsfähigkeit: Ein Speicher kann an verschiedene Systeme und Bedürfnisse angepasst werden. Ob es sich um eine reine Warmwasserbereitung oder um die Kombination von Warmwasser und Raumheizung handelt, der Speicher kann entsprechend dimensioniert und ausgewählt werden.

Die Auswahl des passenden Speichers ist entscheidend für den effizienten Betrieb einer Solarthermieanlage. Größe, Isolierung, Material und Technologie des Speichers sollten sorgfältig in Bezug auf die spezifischen Anforderungen des Gebäudes, die Größe der Solarkollektorfläche und den erwarteten Wärmebedarf ausgewählt werden.

Insgesamt erhöht ein effizienter und gut dimensionierter Speicher die Rentabilität und Effektivität einer Solarthermieanlage erheblich. Er sorgt dafür, dass die gewonnene solare Wärme optimal genutzt wird und trägt somit zu einer nachhaltigen und umweltfreundlichen Energieversorgung bei.

Leistungsfähigkeit von Solarthermieanlagen im Winter

Die Leistungsfähigkeit einer Solarthermieanlage hängt stark von den äußeren Bedingungen ab, insbesondere von der Intensität und Dauer der Sonneneinstrahlung. Daher gibt es berechtigte Bedenken hinsichtlich der Effizienz solcher Anlagen während der Wintermonate, in denen die Tage kürzer sind und die Sonneneinstrahlung oft schwächer ist.

1. Reduzierte Sonneneinstrahlung: In den Wintermonaten steht die Sonne tiefer am Horizont, was zu einer geringeren Strahlungsintensität führt. Außerdem sind die Tage kürzer, sodass die zur Verfügung stehende Zeit für die Wärmeerzeugung begrenzt ist.
2. Höherer Wärmebedarf: Parallel zur geringeren Sonneneinstrahlung steigt der Wärmebedarf in Gebäuden aufgrund der niedrigeren Außentemperaturen. Dies kann zu einem Ungleichgewicht zwischen Produktion und Verbrauch führen.
3. Effiziente Kollektoren: Trotz der Herausforderungen können moderne Solarthermiekollektoren, insbesondere Vakuumröhrenkollektoren, auch bei niedrigen Temperaturen und schwacher Sonneneinstrahlung effizient arbeiten. Ihre Konstruktion minimiert Wärmeverluste und ermöglicht die Nutzung diffuser Strahlung.
4. Integrierte Systeme: Um die Leistungsfähigkeit im Winter zu erhöhen, werden Solarthermieanlagen oft mit anderen Heizsystemen kombiniert. Diese Hybrid-Systeme können die solare Wärme nutzen, wenn sie verfügbar ist, und auf alternative Wärmequellen zurückgreifen, wenn dies nicht der Fall ist.
5. Optimale Ausrichtung und Neigung: Durch die richtige Ausrichtung und Neigung der Kollektoren kann die Winterleistung optimiert werden. In vielen Regionen ist eine südliche Ausrichtung mit einer Neigung, die dem Breitengrad entspricht, ideal, um die tiefstehende Wintersonne optimal einzufangen.
6. Speicherung: Wie bereits erwähnt, spielt der Speicher eine zentrale Rolle. In den Wintermonaten kann ein gut dimensionierter und isolierter Speicher dazu beitragen, die tagsüber gewonnene Wärme für die Nutzung in den kälteren Nachtstunden zu konservieren.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass, obwohl Solarthermieanlagen im Winter weniger effizient sind als in den sonnenreichen Sommermonaten, sie dennoch einen wertvollen Beitrag zur Wärmeversorgung leisten können. Durch technologische Fortschritte, eine optimale Planung und Integration mit anderen Heizsystemen können Solarthermieanlagen auch in den kälteren Monaten eine zuverlässige und nachhaltige Energiequelle darstellen.

Optimierung der Wärmeausbeute von Solarthermieanlagen im Winter

Die Herausforderung, die Wärmeausbeute von Solarthermieanlagen im Winter zu optimieren, erfordert sowohl technologische als auch planerische Maßnahmen. Hier sind einige effektive Ansätze zur Steigerung der Wärmeleistung während der kälteren Monate:

1. Optimale Ausrichtung und Neigung: Wie bereits erwähnt, kann die Ausrichtung der Kollektoren einen signifikanten Einfluss auf ihre Effizienz haben. Eine südliche Ausrichtung und eine Neigung, die dem Breitengrad entspricht, maximieren die Aufnahme der tiefstehenden Wintersonne.
2. Verwendung von Vakuumröhrenkollektoren: Diese Kollektoren sind besonders effizient bei niedrigen Temperaturen und schwacher Sonneneinstrahlung, da sie Wärmeverluste minimieren und die Nutzung diffuser Strahlung ermöglichen.
3. Erhöhung der Kollektorfläche: Durch die Installation einer größeren Kollektorfläche kann mehr Sonnenenergie auch bei schwächerer Strahlung absorbiert werden.
4. Intelligente Regelungstechnik: Moderne Solarthermiesysteme sind mit Regelungs- und Steuerungstechniken ausgestattet, die den Betrieb der Anlage an die aktuellen Bedingungen anpassen. Dies kann beispielsweise die Pumpleistung in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung reduzieren oder die Wärmeübertragung vom Kollektor zum Speicher optimieren.
5. Optimierte Isolierung: Eine gute Isolierung des Systems – von den Rohrleitungen über den Speicher bis hin zu den Kollektoren selbst – verhindert Wärmeverluste und trägt somit zur Optimierung der Wärmeausbeute bei.
6. Wärmeschichtspeicher: Im Gegensatz zu herkömmlichen Speichern können Wärmeschichtspeicher die Wärme effizienter speichern, indem sie die natürliche Tendenz von warmem Wasser, nach oben zu steigen, nutzen. Dies führt zu einer höheren Verfügbarkeit von heißem Wasser bei Bedarf.
7. Integration von Solarthermie und Zusatzheizung: Durch die Kombination von Solarthermie mit einer Zusatzheizung, wie z.B. einer Wärmepumpe oder einem Gas-Brennwertkessel, kann sichergestellt werden, dass stets ausreichend Wärme zur Verfügung steht, auch wenn die Solarthermieanlage weniger Energie liefert.
8. Wartung und Überwachung: Regelmäßige Wartung und Überwachung der Anlage gewährleisten, dass sie stets in optimalem Zustand ist. Ein gut gewartetes System arbeitet effizienter und hat eine längere Lebensdauer.

Durch diese Maßnahmen lässt sich die Wärmeausbeute von Solarthermieanlagen im Winter deutlich optimieren. Es ist wichtig zu betonen, dass nicht nur die Technologie, sondern auch die richtige Planung, Installation und Wartung entscheidend für den Erfolg sind.

FAQ zur Solarthermie im Winter

1. Wie effektiv ist Solarthermie im Winter?

Solarthermie ist im Winter weniger effektiv als in den wärmeren Monaten, da die Sonnenstrahlung schwächer und die Tage kürzer sind. Trotzdem kann sie, je nach Kollektortyp und geografischer Lage, einen Beitrag zur Heizung und Warmwasserbereitung leisten. Insbesondere Vakuumröhrenkollektoren können auch bei niedrigen Temperaturen und schwacher Sonneneinstrahlung Wärme effizient absorbieren.

2. Warum lohnt sich Solarthermie nicht?

Es gibt einige Gründe, warum sich Solarthermie nicht immer lohnt:

• Standortbedingungen: In Gebieten mit wenig Sonnenschein kann der Ertrag gering sein.
• Anfangsinvestition: Die Installation einer Solarthermieanlage kann teuer sein.
• Platzbedarf: Große Kollektorflächen und Speicher benötigen ausreichend Platz.
• Wartung: Wie alle technischen Anlagen erfordert auch Solarthermie regelmäßige Wartung und Pflege. Allerdings kann sich die Investition langfristig durch Energieeinsparungen und staatliche Förderungen durchaus amortisieren.

3. Kann man mit Solarthermie ein ganzes Haus heizen?

Solarthermie kann einen wesentlichen Beitrag zur Heizung eines Hauses leisten, insbesondere in den Übergangsmonaten. Allerdings ist es in den meisten Klimazonen schwierig, ein ganzes Haus ausschließlich mit Solarthermie zu heizen, vor allem im Winter. Daher wird Solarthermie oft mit anderen Heizsystemen kombiniert, um eine durchgängige Wärmeversorgung sicherzustellen.

4. Wie viel Grad schafft Solarthermie?

Die Temperatur, die Solarthermieanlagen erreichen können, variiert je nach System und Sonneneinstrahlung. Flachkollektoren können Temperaturen von 50°C bis 80°C erreichen, während Vakuumröhrenkollektoren auch Temperaturen von über 90°C erzeugen können.

5. Wie viel Strom braucht Solarthermie?

Solarthermische Systeme benötigen Strom für die Regelungs- und Steuereinheiten sowie für die Umwälzpumpen, die das Wärmeträgermedium durch die Kollektoren und zum Speicher transportieren. Der Stromverbrauch ist jedoch im Vergleich zu einem elektrischen Heizsystem gering.

6. Was passiert bei Stromausfall mit der Solarthermie?

Bei einem Stromausfall kann die Umwälzpumpe nicht mehr arbeiten, was bedeutet, dass kein Wärmeträgermedium durch die Kollektoren zirkuliert. Das kann dazu führen, dass die Flüssigkeit in den Kollektoren überhitzt. Moderne Systeme haben oft Sicherheitsmechanismen, um Überhitzung oder Frostschäden zu verhindern, beispielsweise thermische Abläufe oder Schwerkraftumlaufsysteme. Es ist jedoch wichtig, das System nach einem längeren Stromausfall zu überprüfen.

Fazit Solarthermie im Winter:

Der Winter mag kalt und dunkel sein, doch die Macht der Sonne kann nie vollständig getrübt werden. Unsere Reise durch die Welt der Solarthermie im Winter hat gezeigt, dass es nicht nur möglich, sondern auch effizient sein kann, auch in den kälteren Monaten auf Sonnenenergie zu setzen. Während die Erträge vielleicht nicht so hoch sind wie im Sommer, bieten sie dennoch einen erheblichen Beitrag zur Reduzierung der Energiekosten und zum Schutz unserer Umwelt. Mit den richtigen Systemen und einer durchdachten Planung können auch Sie die zahlreichen Vorteile der Solarthermie im Winter nutzen. Es ist ein Schritt in Richtung einer grüneren, nachhaltigeren und unabhängigeren Energiezukunft. Denn sind in der wir nicht mehr ausschließlich auf fossile Brennstoffe angewiesen.