Bezahlte Anzeigen

Thermische Solaranlage für Warmwasser (Solarthermie)

Solaranlagen werden entweder mit oder ohne Heizungsunterstützung ausgelegt. Der folgende Artikel handelt von Solarthermie-Anlagen, welche ausschließlich der Warmwasser-Erzeugung dienen und nicht in das Raumheizsystem eingebunden sind.

Betrachtet man den Wirkungsgrad der Solarkollektoren, so ist Solarthermie sehr effizient. Ein Flachkollektor wandelt beinahe 80 Prozent der Sonnenenergie in Wärme um. Bei einem Vakuumröhrenkollektor sind es sogar 90 % (zum Vergleich: bei Photovoltaik sind es rund 18 Prozent). Auch wenn man die Hilfsenergie betrachtet, ist Solarthermie äußerst effizient. Aus wenigen Watt Leistung, welche die Solarpumpe benötigt, können mehrere Kilowatt Wärmeleistung von den Kollektoren bezogen werden. 

Warmwasserverbrauch 

Pro Person rechnet man mit einem Warmwasserbedarf von 2 bis 2,5 kWh pro Tag bzw. 730 bis 913 kWh pro Jahr (Werte laut Kursunterlagen Energieberaterausbildung).
Dies entspricht wiederum 57 bis 72 Litern Warmwasser gerechnet mit einer Aufheizung von 8°C auf 38°C. Damit kann man 4 bis 6 Minuten mit einem Standardduschkopf (15 l/min) duschen. 

So wird gerechnet: 

Q = m · c · ∆T
Q: Wärmemenge od. Wärmeenergie
m: Masse des zu erwärmenden Stoffes  (1l Wasser ~ 1kg)
c: spezifische Wärmekapazität d. Stoffes | Wasser: 0,001163 [kWh/(kg·K)] 
ΔT: Temperaturdifferenz | 38 - 18 = 30 K

m = Q / (c · ∆T)
m = 2 / (0,001163 · 30) = 57 kg (~ 57 l)
m = 2,5 / (0,001163 · 30) = 72 kg (~ 72 l)  

2 kWh ·  356 d = 730 kWh/a
2,5 kWh ·  356 d = 913 kWh/a 

Weiteres Beispiel: Berechnung Sparduschkopf

Ertrag einer thermischen Solaranlage für Warmwasser

Pro Quadratmeter Fläche strahlen in Mitteleuropa rund 1000 kWh pro Jahr Solarenergie ein (siehe Werte für Globalstrahlung). Im Hochsommer ist der Speicher relativ schnell voll und dann schaltet sich die Solaranlage ab (fachchinesisch: "die Anlage stagniert").

Verhältnis von Globalstrahlung und Nutzenergie:

Globalstrahlung 100 %
Einstrahlungsverluste 20 %
Nicht nutzbare Energie bei vollem Speicher 25 %
Wärmeverluste im Solarkreis 5%
Wärmeverluste im Warmwasserspeicher 10%
Wärmeverluste im Warmwasserverteilsystem 5%


Ergibt einen Systemnutzungsgrad von 35%

Bei einer Globalstrahlung 1000 kWh/(m²a) kann ein Quadratmeter Flachkollektor 350 kWh/a bis 450 kWh/a Nutzenergie erzeugen. Im folgenden Beispiel rechne ich mit 350 kWh/a. 

Auslegung der Kollektorfläche

Als Faustformel gilt:
1,5 m² Kollektorfläche pro Person bei Flachkollektoren. Die Kollektorenanzahl wird immer abgerundet!
1 m² Kollektorfläche pro Person bei Vakuumröhrenkollektoren.

Flachkollektoren haben meist eine Größe von zwei Quadratmetern.

Rechenbeispiel

Annahme
Haushalt mit 3 Personen
Nach Süden geneigtes Hausdach
Warmwasserverbrauch 800 kWh pro Person
Gewünscht ist eine Solaranlage mit Flachkollektor

Aus diesen Angaben ergeben sich folgende Werte 
Jährlicher Warmwasserverbrauch = 3 · 800 kWh = 2400 kWh
Benötigte Kollektorfläche = 3 · 1,5 m² = 4,5 m²
Ergibt 2 Kollektoren und insgesamt 4 m² Kollektorfläche
Jährlicher Ertrag der Solaranlage = 4 · 350 kWh = 1400 kWh

58 % des Warmwassers werden durch die Solaranlage bereitgestellt

Ersparnis in Euro durch die Solaranlage - berechnet mit dem Heizkostenrechner

Würde man die gesparten 1400 kWh Warmwasser mit einer NEUEN Heizung erzeugen, dann würde es so viel kosten:

@8 0 J 1 J 2 J 3 J 4 J 5 J 6 J 7 J 8 J 9 J 10 J 11 J 12 J 13 J 14 J 15 J 16 J 17 J 18 J 19 J 20 J
Hackgut 49 99 150 201 253 306 360 414 469 525 582 640 698 757 818 879 940 1.003 1.067 1.131 1.197
Pellets 97 198 302 411 523 640 762 888 1.019 1.155 1.296 1.443 1.595 1.753 1.917 2.088 2.265 2.448 2.639 2.837 3.043
Scheitholz 70 141 213 286 360 435 512 589 668 747 828 910 993 1.077 1.163 1.249 1.337 1.427 1.517 1.609 1.702
Erdgas 108 220 337 458 585 716 853 995 1.143 1.296 1.456 1.623 1.796 1.976 2.163 2.358 2.561 2.772 2.991 3.219 3.456
Heizöl 99 201 307 416 530 647 768 893 1.023 1.157 1.296 1.440 1.588 1.742 1.901 2.066 2.236 2.412 2.595 2.783 2.978
Wärmepumpe 136 279 428 586 751 924 1.105 1.296 1.496 1.707 1.927 2.159 2.402 2.657 2.925 3.206 3.501 3.810 4.135 4.476 4.834
Elektro 412 844 1.298 1.774 2.274 2.799 3.350 3.928 4.535 5.172 5.840 6.542 7.278 8.051 8.862 9.714 10.608 11.546 12.530 13.564 14.648
Fernwärme 156 319 490 669 857 1.054 1.261 1.478 1.705 1.944 2.194 2.456 2.731 3.019 3.322 3.639 3.971 4.320 4.685 5.068 5.470

Würde man die gesparten 1400 kWh Warmwasser mit einer ALTEN Heizung erzeugen, dann würde es so viel kosten:

@8 0 J 1 J 2 J 3 J 4 J 5 J 6 J 7 J 8 J 9 J 10 J 11 J 12 J 13 J 14 J 15 J 16 J 17 J 18 J 19 J 20 J
Hackgut 72 144 218 293 368 445 523 602 683 764 847 930 1.015 1.102 1.189 1.278 1.368 1.459 1.552 1.646 1.741
Pellets 129 264 403 548 698 854 1.016 1.184 1.359 1.540 1.729 1.924 2.127 2.338 2.557 2.784 3.020 3.265 3.519 3.783 4.057
Scheitholz 102 205 310 416 524 633 744 857 971 1.087 1.204 1.323 1.444 1.567 1.691 1.817 1.945 2.075 2.207 2.341 2.476
Erdgas 141 288 440 599 764 936 1.115 1.301 1.494 1.695 1.905 2.122 2.349 2.584 2.829 3.084 3.349 3.625 3.912 4.210 4.520
Heizöl 129 263 401 544 692 846 1.004 1.168 1.338 1.513 1.695 1.883 2.077 2.278 2.486 2.701 2.924 3.155 3.393 3.640 3.895

Werte für die Berechnung:
HWB: 1400; Zusatzkosten wurden nicht berücksichtigt
Hackschnitzel: 800kWh/m³, 80% JNG (alt 55% JNG), € 22,5, 1,44%
Pellets: 4,6kWh/kg, 80% JNG (alt 60% JNG), € 254,9, 3,83%
Scheitholz: 1.750kWh/rm, 80% JNG (alt 55% JNG), € 70, 1,44%
Erdgas: 85% JNG (alt 65% JNG), € 0,0655, 4,02%
Heizöl: 85% JNG (alt 65% JNG), € 0,6, 3,46%
Wärmepumpe: JAZ 3, € 0,2913, 4,96%
Elektro: 99% JNG, € 0,2913, 4,96%
Fernwärme: 90% JNG, € 0,1, 4,86%

Faustformel für die Berechnung des Speichers

Speichervolumen = täglicher Warmwasserverbrauch mal 2 

Bei 3 Personen: 

V = 3 Pers · 57 l ·  2  (niedriger Verbrauch)
V = 342 l
V = 3 Pers · 72 l ·  2 (hoher Verbrauch)
V = 432 l

Vorteile einer Solaranlage für Warmwasser

Solaranlagen haben eine sehr hohe Lebensdauer und benötigen kaum Wartung.
Die Solaranlage braucht kaum Strom. Eine Hocheffizienz-Solarpumpe hat eine Leistungsaufnahme von ca. 5 Watt. Wenn sie im Jahr 1000 Stunden läuft, dann sind das nur 5 kWh ~ € 1,50/Jahr.
Die Lebensdauer der bestehenden Heizung steigt, da sie außerhalb der Heizperiode nicht gebraucht, und somit geschont wird.

Nachteil

Wenn es keine staatliche Förderung gibt, ist die Amortisationszeit sehr lang. 

Kommentare zu diesem Artikel

Kommentar posten