Anleitung zum Solarpotenzialkataster

Die Firma tetraeder.solar gmbh aus Dortmund bietet mit einem
Solarpotenzialkataster einen interessanten Service für Solarinteressierte in vielen Regionen Deutschlands an. Über den Link www.solare-stadt.de/home/Solarpotenzialkataster lassen sich alle Landkreise und Städte finden, die dieses Online-Beratungstool für ihre Bürger verfügbar machen.

Ich setze schon seit langem für Solarberatungen auf Luftbilddienste im Internet, vom BayernAtlas über OpenStreetMap bis Google Maps. Das macht neugierig, welchen Zusatznutzen das Solarpotenzial bietet.

Für nahezu jedes Gebäude der ausgewählten Regionen zeigt der Internetservice aus Dortmund in einer farbigen Darstellung, ob die Dachflächen für Photovoltaik oder Solarthermie geeignet sind. Beim Klick auf ein Gebäude öffnet sich eine Ansicht, in der die Stärke der jährlichen Sonneneinstrahlung unter Berücksichtigung von Dachausrichtung und ggf. vorhandenen Verschattungen visualisiert wird.

Für die Nutzung mit klassischen Sonnenkollektoren ist diese Darstellung allerdings irreführend. Die jährliche Sonneneinstrahlung auf ein leicht nach Norden orientiertes Dach (hier das Westdach) ist zwar nur wenig geringer als die auf das Dach auf der anderen Seite des Nord-Süd-Firstes. Aber bei der Solarthermie bringt jedes Grad bessere Südausrichtung einen Effizienzgewinn, der aus dem Bild nicht erkennbar ist. Immerhin zeigt das präzise eingenordete Luftbild bzw. die Karte, welche Dachhälfte diesen entscheidenden Vorteil bringt.

Ein Klick auf „Anlage konfigurieren“ führt zu einem ausführlichen Beratungsassistenten, der den Anspruch hat, für Photovoltaik und Solarthermie gleichermaßen die beste Auslegung zu ermitteln.

Dabei wird aber das Interesse an einer Solarstromanlage als selbstverständlich vorausgesetzt. Nach drei Dialogseiten zu Dimensionierung, Modulplatzierung und Speichergröße sind die Dachflächen so vollgepackt, wie Solarstrom-Eigenverbrauch und Einspeisevergütung wirtschaftlich erscheinen lassen.

Erst danach kommt die Frage zur Solarthermie: Möchten Sie Solarthermie aktivieren? Vorgegebene Option: X Keine

So sieht verantwortungsbewusste und umfassende Solarberatung NICHT aus!

Richtig angegangen kommt die Frage nach der Solarthermie zuerst. Sonnenkollektoren produzieren viel Wärme aus wenig Fläche, und so bleibt in den meisten Fällen noch viel vom Dach frei für die Solarstromerzeugung.

Ich empfehle daher, zuerst das Solarthermie-Symbol anzuklicken und diesen Dialog abzuarbeiten. Das wirtschaftliche Optimum erzielen Anlagen für Warmwasser und Heizung, die nicht übertrieben groß dimensioniert sind. Dazu wählt man zuerst die Option Warmwasser und ermittelt die Kollektorfläche, die Wärme für den ganzjährig zu versorgenden Warmwasserverbrauch liefert und damit immer gut ausgelastet ist.

Nach der Umschaltung auf Warmwasser und Heizung lässt der Onlineassistent die Kollektorfläche je nach Parametrierung zum Heizbetrieb ggf. übertrieben groß werden. Bei Ost- oder Westdächern sollte man es mit einer 1,5-fachen Vergrößerung gut sein lassen, und mehr als doppelt so groß wie für die einfache Warmwassersolaranlage sollten die Kollektoren nur sein, wenn sie eine Neigung von wenigstens 30 Grad haben und nur wenig von der optimalen Südausrichtung abweichen. Die rechts im Dialog angezeigte Kollektorfläche notiert man sich am besten auf einen Zettel und geht dann in den Registerkarten zurück zur Photovoltaik.

Die Notiz braucht es deshalb, weil der Beratungsassistent des Solarpotenzialkatasters der Solarthermie keine konkrete Dachfläche zuweist und deshalb ohne Zögern Sonnenkollektor und PV-Module in Doppelbelegung aufeinander stapeln würde. Zum Glück gibt es für die Modulplatzierung einen manuellen Dialog, mit dem Gauben, Dachflächenfenster, verschattete Dachbereiche und eben auch ein Sonnenkollektor ausgespart werden können.

In dieser geänderten Reihenfolge der Beratungsschritte kommt das Solarpotenzialkataster letztlich doch zu einem aussagekräftigen Gesamtergebnis für Solarthermie und Photovoltaik. Dieses kann in einer PDF-Datei zusammengefasst und heruntergeladen werden und bietet eine gute Basis für die weitere Beratung durch Fachfirmen.

Für eine solche weitergehende Solarberatung stehe ich Ihnen in der Region München und darüber hinaus gerne zur Verfügung. E-Mail genügt: info@ahornsolar.de

Vorträge im April 2019

Solarthermie nutzen!
Effektiver Klimaschutz ohne Warten auf die Stromwende

Im April 2019 gibt es drei Gelegenheiten, bei denen ich über die Chancen informieren darf, welche die Solarthermie für einen schnell wirksamen Klimaschutz bietet.

Zwei der Veranstaltungen organisiert die ENERGIEAGENTUR SÜDOSTBAYERN GMBH:

Montag, den 01. April 2019, 19 – 21 Uhr in Traunstein

Mittwoch, den 10. April 2019, 19 – 21 Uhr in Bad Reichenhall

Das Programm als PDF

Der dritte Termin findet im Rahmen der Fachvorträge statt, die von der Landberger Energie-Agentur (LENA) für die Energie + und BauMesse in Landsberg am Lech organisiert werden.

Sonntag, den 28. April 2019, 13:30 bis 14:30 Uhr in der Eissporthalle LL.

Das vollständige Programm gibt es hier.

Ich freue mich auf ein interessiertes Publikum!

Solarenergie im Gebäudeenergiegesetz

Ausgangssituation

Der im November 2018 publik gewordene Referentenentwurf für ein neues Gebäudeenergiegesetz nennt weder für die Solarthermie noch für die Photovoltaik sinnvolle Mindestanforderungen an die Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien, denn er missachtet Effizienzkriterien und würde nur zu einer weiteren Verdrängung der Solarthermie aus dem Wärmemarkt führen.

Daher ist es dringend erforderlich, dass Fachleute und Interessengruppen der Solarwirtschaft initiativ tätig werden. Die Energiepolitik braucht sinnvolle Vorschläge, welche Maßgaben im neuen GEG das Potenzial der Solarthermie wie der Photovoltaik zur Energie- und CO2-Einsparung und damit zum Klimaschutz bestmöglich erschließen. Nur so wird das GEG der im Entwurf getroffenen Aussage gerecht:

Der Solarthermie kommt aufgrund ihrer Umweltvorteile eine besondere Bedeutung für die Wärmeversorgung zu.“

Flächeneffizienz der Solartechnologien

Es gibt Sonnen­kollektoren, die pro Quadratmeter jährlich über 640 kWh Nutzwärme erzeugen können und solche mit 290 kWh/(m²∙Jahr). Photovoltaik schafft dagegen nur knappe 200 kWh/(m²∙Jahr), wenn sie nicht mit einer Wärmepumpe gekoppelt wird.

Nach § 36 des GEG Entwurfs erfüllen bereits durchschnittlich dimensionierte PV Anlagen gekoppelt mit einem Elektroheizstab formal die geforderte Mindestdeckung. Diese PV-Module nehmen viel Dachfläche in Anspruch, ihre Stromerzeugung würde aber de facto nicht für die Wärme- und Kälteerzeugung genutzt, sondern zum größten Teil in den normalen Haushaltsstromverbrauch fließen.

Ein Sonnenkollektor liefert dagegen aus einer nur halb so großen Fläche tatsächlich weit mehr als die geforderte Mindestdeckung des Wärmebedarfs. Eine der Solarthermie vergleichbare Flächeneffizienz erreicht die Photovoltaik erst in Verbindung mit einer Wärmepumpe. Der § 36 des GEG muss das bei den Anforderungen an die Nennleistung der Photovoltaik berücksichtigen.

Skalierung der Solarflächen nach Gebäudegröße und Effizienz

Das Verhältnis von Gebäudenutzfläche zur Dachfläche hat keinen linearen Zusammenhang. Daher ist es sinnvoll, bei der Berechnung der Mindestanforderung an Solarthermie bzw. Photovoltaik den Wert der Gebäude­nutz­fläche um den Exponenten 0,8 reduziert anzusetzen. Auf diese Weise ist keine Fallunterscheidung nach Anzahl der Wohnungen erforderlich.

Solarthermie

Die Mindestanforderung an die Photovoltaik bezieht sich auf die Nennleistung der PV-Module, nicht auf deren Fläche. Deshalb muss mit dem Gebäudeenergiegesetz auch für die Solarthermie ein leistungs­bezogenes Kriterium gefunden werden. Nur das schafft Chancengleichheit für flächeneffiziente Produkte und entschärft gleichzeitig die Flächenkonkurrenz zwischen Photovoltaik und Solarthermie.

Der Bundesverband Solarwirtschaft hat bereits im Zusammenhang mit dem GEG Entwurf von Januar 2017 vorgeschlagen, das bisherige Kriterium der Mindestkollektorfläche in einen jährlichen Kollektorertrag umzurechnen. Basis für den Nachweis sollte der im Solar Keymark Datenblatt 2 oder dem Kollektorertragslabel SOLERGY für den Standort Würzburg bei einer Kollektortemperatur von 50° C ausgewiesene jährliche Kollektorertrag (annual collector output) in Kilowattstunden sein.

Mit der Formel Qsol,min = 55 ∙ AN0,8 lässt sich die Mindestanforderung an die Solarthermie im GEG wie folgt formulieren:

 (1) Die Anforderung nach § 10 Absatz 2 Nummer 3 ist erfüllt, wenn durch die Nutzung von solarer Strahlungsenergie mittels solarthermischer Anlagen der Wärme- und Kälteenergiebedarf zu mindestens 20 Prozent gedeckt wird

(2) Die Anforderung bezüglich des Mindestanteils nach Absatz 1 gilt als erfüllt, wenn bei Wohngebäuden solarthermische Anlagen mit einem jährlichen Kollektorertrag installiert und betrieben werden, der mindestens 55 Kilowattstunden multipliziert mit dem Potenzwert auf Basis der Gebäudenutzfläche mit dem Exponenten 0,8 erreicht

Dieser Mindestwert bezieht sich auf den im Solar Keymark Datenblatt 2 oder dem Kollektorertragslabel SOLERGY für den Standort Würzburg bei einer Kollektor­temperatur von 50 °C ausgewiesenen jährlichen Kollektorertrag (annual collector output).
Kollektormindestertrag nach Gebäudenutzfläche

Photovoltaik

Die Flächeneffizienz der Wärmeerzeugung aus Solarstrom hängt nicht nur von der spezifischen Jahresleistung der eingesetzten PV Module ab, sondern viel mehr vom Effizienzfaktor, mit dem die elektrische Energie in Nutzwärme bzw. Kälte umgewandelt wird. Ein Warmwasserspeicher mit Elektroheizpatrone verbraucht für dieselbe Nutzwärme mehr als doppelt soviel Solarstrom wie eine Warmwasser-Wärmepumpe.

Entsprechend muss die Mindestanforderung in § 36 für die Nutzung von Solarstrom beide Fälle unterscheiden:

 (1) Die Anforderung nach § 10 Absatz 2 Nummer 3 ist erfüllt, wenn durch die Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien nach Maßgabe des § 23 Absatz 1 der Wärme- und Kälteenergiebedarf zu mindestens 20 Prozent gedeckt wird. 

(2) Wird bei Wohngebäuden Strom aus solarer Strahlungsenergie genutzt, gilt die Anforderung bezüglich des Mindestanteils nach Satz 1 als erfüllt, wenn
1. Anlagen zur Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie installiert und betrieben werden, deren Nennleistung mindestens 55 Watt multipliziert mit dem Potenzwert auf Basis der Gebäudenutzfläche mit dem Exponenten 0,8 erreicht, soweit die Warmwasserbereitung überwiegend mittels Wärmepumpe erfolgt und andernfalls
2. Anlagen zur Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie installiert und betrieben werden, deren Nennleistung mindestens 110 Watt multipliziert mit dem Potenzwert auf Basis der Gebäudenutzfläche mit dem Exponenten 0,8 erreicht.

Auch hier ergibt sich ein Verlauf, der über das gesamte Spektrum der unterschiedlichen Gebäudegrößen passende Werte ergibt und für Anlagen mit Warmwasser-Wärmepumpe sogar unter der bisher formulierten Mindest­anforderung mit linearen 0,02 kW pro Quadratmeter liegt.

Mindestnennleistung der Photovoltaik nach Gebäudegröße

Anrechnung der Solarenergie auf den Jahres-Primärenergiebedarf

Bislang regelt der § 23 des GEG Entwurfs nur die Anrechnung von Strom aus erneuerbaren Energien zum Abzug vom Jahres-Primärenergiebedarf. Aber auch die Solarthermie trägt über den über die Wärmeleistung der Sonnenkollektoren hinaus zur Senkung des nach den einschlägigen Normen errechneten Primärenergiebedarfs bei.

  • weil Solarertrag und Solarspeicher die Kesselbereitschaftsverluste vermindern;
  • weil die Kollektorkreispumpen der Solarthermie naturgemäß genau dann in Betrieb sind, wenn in der Region ein weit höherer Anteil von Solarstrom im Netz verfügbar ist, als dem allgemeinen Primärenergiefaktor 1,8 für Strom entspricht.

Dafür muss ein Ausgleich im Rahmen des GEG erfolgen. Ein geeigneter Ansatz ist eine Verminderung des Jahres-Primärenergiebedarfs in § 23 durch Änderung und Ergänzung:

Anrechnung von erneuerbaren Energien auf den Jahres-Primärenergiebedarf
(...)
(5) Wenn die Nutzung solarthermischer Anlagen nach § 35 einen prozentualen Anteil zur Erfüllung des § 34 von über 75 erreicht, dürfen bei der Ermittlung des Jahres-Primärenergiebedarf des zu errichtenden Wohngebäudes 2,0 Kilowattstunden je Quadratmeter Gebäudenutzfläche in Abzug gebracht werden. Die Anrechnung von Strom aus Erneuerbaren Energien nach § 23 bleibt davon unberührt.

Agenda

Die vorgeschlagenen Änderungen sind bewusst so formuliert, dass die Solarthermie fair bewertet wird, ohne die Photovoltaik schlechter zu stellen. Alle Personen und Institutionen, denen der Klimaschutz und die Energiewende am Herzen liegt, sind aufgerufen, diese Vorschläge in ihrer Arbeit zum Gebäudeenergiegesetz zu berücksichtigen.

Das vollständige Positionspapier Solarenergie im Gebäudeenergiegesetz steht hier zum Download: 

Solarenergie_im_GEG_2019-01.pdf (409 kB)

Der Solarwärme-Checker

Die Solarwärme aus klassischen Sonnenkollektoren kann einen beträchtlichen Beitrag zur Energiewende leisten. Sie ist nicht darauf angewiesen, dass die hohe Politik den Ausbau der Ökostromerzeugung, der Stromnetze und -Speicher ordnet. Denn jede Solarthermieanlage bringt einen eigenen, passend bemessenen Wärmespeicher mit, und die Erzeugung und Speicherung von Ökoenergie steht im Gleichgewicht zum Verbrauch.

Bei jeder Sonnenkollektoranlage ist individuell zu bedenken, wie hoch der Wärmeverbrauch ist, und wie bei den gegebenen Verhältnissen der Kollektor auf dem Dach und der Speicher im Heizraum bemessen sein sollte. Dabei gibt es eine beträchtliche Bandweite „richtiger“ Dimensionierungen. Wichtig ist nur, dass der Solarspeicher zur Kollektorfläche passt, wobei der tägliche Warmwasserbedarf eine Rolle spielt.

Der Solarwärme-Checker ist eine einfach nachvollziehbare Tabellenkalkulation (für Microsoft Excel, LibreOffice Calc o. ä.), mit der Interessenten sich selber eine Meinung bilden können, wie groß sie ihre Sonnenkollektoranlage im Rahmen des Sinnvollen machen wollen.

Viele Ratgeber stellen die Frage an den Anfang, ob eine Solaranlage nur zur Wassererwärmung oder auch zum solaren Heizen gewünscht ist. Ohne einige Basisinformationen kann das aber selbst ein Fachmann nicht beantworten, also erst recht nicht der interessierte Laie. Der Solarwärme-Checker fragt zuerst die relevanten Parameter ab und gibt dann die nötigen Hinweise, welche Kollektoranlage auch Wärme in den Heizkreis liefern sollte, oder umgekehrt, welche dafür keine passenden Voraussetzungen mitbringt.

Das Ergebnis der Auslegungsrechnung ist dafür gedacht, einer Anfrage an Energieberater oder Installateure beigelegt zu werden. So können sich die Fachleute schneller orientieren, was machbar und was gewünscht ist.

Besonders geeignet diese Auslegungshilfe für Solarinteressierte, die beim Solarpotenzialkataster (auf solare-stadt.de) ihre Region vermissen oder feststellen müssen, dass der dort implementierte Beratungsdialog beim Konfigurieren einer Solarthermieanlage nicht wirklich weiterhilft.

Download:  Solarwaerme-Checker_Version_1_1_xls.zip (145 kB)

Der implementierte Rechenweg funktioniert ohne Makro-Skripte und ist das Ergebnis von 25 Jahren Praxiserfahrung in der Solarthermie.

Die Verwendung der Datei erfolgt auf eigene Verantwortung.

Für eventuelle Rückfragen stehe ich gerne zur Verfügung. Sie erreichen mich über die im Impressum genannten Adressdaten.

Solarwärme für Energieeinsparung und Klimaschutz

Millionen von Heizungsanlagen in Deutschland verbrennen jeden Tag viel Heizöl oder Erdgas, um zuerst den Heizkessel, dann den Ladekreis und schließlich den Warmwasserspeicher so aufzuheizen, dass jederzeit warmes Wasser zur Verfügung steht. Das Schaubild zum Energiefluss zeigt die Wärmeverluste von Heizkessel und Speicher. Besonders ärgerlich ist dieser Verbrauch fossiler Energie aber an sonnigen Tagen, wenn eine einfache Heizungsanlage die Solarwärme ungenutzt auf dem Dach lässt.

Mit einem Sonnenkollektor ist es möglich, an Sommertagen nicht nur den Verbrauch an den Warmwasserzapfstellen zu 100 Prozent zu decken, sondern auch alle Wärmeverluste der vorgeschalteten Anlagentechnik. Mitunter wird der Solarthermie angelastet, dass ein heißer Pufferspeicher höhere Wärmeverluste als ein „normal“ aufgeheizter Speicher hat. Außerdem, so hört man es immer wieder, bliebe bei einem Sonnenkollektor die überschüssige Solarwärme ungenutzt. Entscheidend ist aber, dass bei solarer Volldeckung der Kessel kalt bleibt. So liefern die vom Sonnenkollektor in den Speicher eingespeisten Kilowattstunden nicht nur die nutzbare Energie, sondern verringern darüber hinaus auch die Bereitschafts- und Abgasverluste des Kessels.

In solarthermischen Kombianlagen für Warmwasser und Raumwärme bleibt sogar in den Übergangsjahreszeiten zumindest stundenweise der Heizkessel vollständig abgeschaltet, so dass auch dann gilt: Ein kalter Kessel kann keine Wärme verlieren!

Die mit der Solarthermie einhergehende hocheffiziente Anlagentechnik, mit der sich durch optimierte Wärmeausnutzung sehr niedrige Rücklauftemperaturen erreichen lassen, verbessert auch den Wirkungsgrad der Nachheizung, z. B. durch eine bessere Ausnutzung des Brennwerteffekts.

In der Jahresbilanz liefert ein nach dem Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) dimensionierter Sonnenkollektor ungefähr ein Drittel der gesamten Nutzwärme (gemessen am Speicher). Die dadurch erreichte Energieeinsparung (gemessen vor dem Wärmeerzeuger der Nachheizung) ist in vielen Fällen sogar noch größer, vor allem bei Ölkesseln mit beträchtlichem Kesselwasserinhalt.

Ein Wärmemengenzähler im Solarkreis zwischen Kollektor und Speicher gibt einen konkreten Anhaltspunkt, wie hoch die Energieeinsparung am Kessel sein müsste. Eine Simulationsrechnung kann dagegen genau nachvollziehen, wie hoch der Energieverbrauch für Warmwasser und Raumwärme ohne Beitrag der Solarwärme wäre, und um wieviel weniger Energie – bei gleichem Verbrauch und identischem Wetterverlauf ! – der Kessel verbraucht, wenn ein Sonnenkollektor einen beträchtlichen Teil der Wärme liefert.

In GetSolar lässt sich ein solches Beispiel schnell nachrechnen: Bereits 10 Quadratmeter eines guten Sonnenkollektors genügen, um  4.025 Kilowattstunden in den Speicher zu schicken, was bei einem herkömmlichen Niedertemperaturheizkessel 4.680 kWh bzw. 464 Liter Heizöl und damit 1,4 Tonnen CO2-Emissionen einspart – jedes Jahr!

GetSolar Simulationsergebnis

Die meisten der Millionen von Heizungsanlagen, die noch ausschließlich mit fossiler Energie betrieben werden, könnten in nächster Zeit mit einem Sonnenkollektor ausgerüstet werden, der die CO2-Emissionen sofort wirksam reduziert, noch bevor die Politik die Zukunft der Ökostromerzeugung und den Kohleausstieg ausdiskutiert hat.

Referenzen

An diesen Projekten war das Ingenieurbüro solar energie information beteiligt:

Solarthermie Einfamilienhäuser

Bad Wiessee

IMG_20150812_Otterfing

Solarthermie mit Innovationsförderung

Viscardi Gymnasium
24 m² Großflächenkollektor für die Sporthalle des Viscardi Gymnasiums in Fürstenfeldbruck

Traunwalchen
28 m² auf Mehrfamilienhaus in Traunwalchen

Solarthermie Großanlagen

96 m² auf Mehrfamilienhaus
96 m² auf Mehrfamilienhaus

63,8 m² Indachkollektor
63,8 m² Indachkollektor

32 m² Aufdachkollektor im Naturbad Furth
32 m² Aufdachkollektor im Naturbad Furth

Das 100 Terawattstunden-Versprechen der Solarthermie

Der Bundestagswahlkampf 2017 befeuert die energiepolitische Diskussion. In dieser ist viel von Ausbaudeckeln für Wind- und Solarenergie die Rede. Gemeint sind die im Erneuerbare-Energien-Gesetz festgeschriebenen Obergrenzen des jährlichen Zubaus von Windenergie- und Photovoltaikanlagen, wenn diese eine Ökostrom-Vergütung nach dem EEG erhalten sollen.

In seinen Energiepolitischen Wahlprüfsteinen fragt der Lobbyverband EUROSOLAR die Parteien explizit nach einer Aufhebung dieser Deckel. Wenn es nach der Bundestagswahl zu einer Koalition mit Beteiligung der Christdemokraten oder der FDP kommt, sieht es dafür schlecht aus: beide wollen den schnellen Umbau der Stromversorgung auf Ökostrom verhindern, und angesichts der Wählerstimmung im Land wird Realpolitik daran voraussichtlich nicht vorbeikommen.

Die Folgen einer einseitigen Sektorkopplung

Wenn aber mit dem Ziel der Dekarbonisierung von Mobilität und Wärmemarkt verstärkt Strom fossile Energien aus der Raumheizung und den Fahrzeugantrieben verdrängen soll, wird der Stromverbrauch zunehmen. Und weil Elektromobile überwiegend nachts geladen werden und weil Wärmepumpenheizungen bei eiskalten, windstillen Hochnebelwetterlagen den höchsten Stromverbrauch haben, wird es bei der aktuellen politischen Entwicklung in ein paar Jahren eng werden mit dem Ausstieg aus Kohle- und Atomstrom.

Eine solche Fehlentwicklung könnte man dann den großen Stromkonzernen und ihren Parteienvertretern zum Vorwurf machen. Es ist aber auch möglich, durch eine verstärkte Nutzung von direkt aus Erneuerbaren Energien erzeugter Wärme sowohl den Stromsektor zu entlasten und den Verbrauch fossiler Brennstoffe drastisch zu vermindern. Vor allem die Solarthermie stellt in den nächsten, für den Klimaschutz so kritischen Jahren eine low hangig fruit dar, die nicht ungenutzt bleiben darf. EUROSOLAR muss sich den Vorwurf gefallen lassen, in den Wahlprüfsteinen überhaupt nicht danach zu fragen.

100 TWh/Jahr Solarwärme sind gesetzt

Dabei sind klassische Sonnenkollektoren keine „Vintage“-Technologie der Energiewende. Die zwischen den Interessen der Industrie und der Umweltverbände vermittelnde Denkfabrik Agora Energiewende schätzt das Potenzial der Solarthermie zur objektnahen Erzeugung erneuerbarer Wärme auf bis zu 69 TWh/Jahr. Und auch das ist noch keine echte Obergrenze. Die von der Agentur für Erneuerbare Energien e. V. im Auftrag der Grünen erarbeitete Studie „Die neue Wärmewelt: Szenario für eine 100% erneuerbare Wärmeversorgung in Deutschland“ zitiert als Bandbreite 70 bis 135 TWh/Jahr und legt sich auf einen Zielwert von 100 TWh/Jahr fest.

Dabei muss man sich bewusst sein, dass in Deutschland nach Angaben des Bundesverbandes Solarwirtschaft e. V. mit Stand Ende 2016 insgesamt knapp 20 Mio. m² Solarkollektorfläche installiert sind, die rund 7,5 TWh/Jahr Wärme erzeugen. Das ist nicht wenig, und hat dennoch um mehr als den Faktor 10 Luft bis zum 100 TWh-Ziel. Der jährliche Zubau muss dafür auf über 6 Mio. m² Kollektorfläche verzehnfacht werden, was die möglichen Skalierungseffekte zur Kostenreduktion deutlich macht.

Es ist höchste Zeit, der Energiepolitik das Versprechen abzunehmen, dieses brachliegende Potenzial zu aktivieren. So könnte die Solarthermie das Versprechen einlösen, jährlich 100 TWh Wärmeenergie zu liefern, ohne die Energiewende im Stromsektor zu gefährden, und ohne dass es die Welt kostet.

Exergieoptimierte Frischwarmwassertechnik

Frischwarmwasserstationen, also Trinkwassererwärmer mit Plattenwärmetauscher, die als Durchlauferhitzer mit Heizwasser funktionieren, können inzwischen als Stand der Technik angesehen werden. Frischwarmwassertechnik bietet viele Vorteile:

  • Gradgenaue Erwärmung des Trinkwassers, weitestgehend unabhängig von der aktuellen Speichertemperatur;
  • weniger Verkalkung, da zwischen Kollektorkreis und Trinkwasser der mit Heizwasser gefüllte Pufferspeicher zwischengeschaltet ist;
  • hervorragende Warmwasserhygiene (Schutz vor Legionellen) auch bei großzügig dimensioniertem Speicher;
  • niedrigste Heizwassertemperaturen im Rücklauf für schichtende Speicherentladung und demzufolge optimale Gasbrennwert- bzw. Solarwärmenutzung;

 

Bei Anlagen in Einfamilienhäusern ermöglicht die Regelung des Frischwassersystems auch einen sehr energiesparenden Betrieb der Zirkulationspumpe.

Den Anforderungen des DVGW folgend muss in Mehrfamilienhäusern die Zirkulation wenigstens 16 Stunden pro Tag eine Rücklauftemperatur von 55 °C haben. In vielen Anlagen wird die Zirkulation einfach auf die Kaltwasserzuleitung geschaltet. Dort kommt es zu einer Temperaturvermischung, die zwangsläufig auch die Rücklauftemperatur aus der Frischwarmwasserstation ansteigen lässt. Wenn bei solchen Objekten Sonnenkollektoren installiert sind, bleibt der Ertrag häufig deutlich hinter den Erwartungen zurück.

Die Auftrennung der Trinkwassererwärmung in einen Vorwärmteil mit niedrigen Rücklauftemperaturen und einen von der Zirkulation betroffenen Bereitschaftsteil ist aus Gründen der Trinkwasserhygiene nicht zu empfehlen.

Exergieoptimierte Frischwasserkaskade

Bei der exergieoptimierten Kaskade sind die Frischwasserstationen parallel zueinander geschaltet. In der Kaltwasserleitung zwischen dem ersten und dem weiteren Modul befindet sich ein Trennventil, das bei geringer Zapfung das Kaltwasser nicht zum zweiten durchlässt. Die Zirkulationsleitung wird von der anderen Seite an das zweite Gerät herangeführt. So bleibt das erste Modul getrennt von der hohen Temperatur des Zirkulationsrücklaufs und liefert immer eine niedrige Rücklauftemperatur. Der Rücklauf des kaltwasserseitigen Moduls kann also immer in die kälteste Schicht des Pufferspeichers eingeleitet werden, die Einleitung der Rücklaufleitung des zirkulationsseitigen Moduls erfolgt getrennt davon in wärmere Speicherschichten.

Hohe Zapfraten werden vom Regelmodul des kaltwasserseitigen Gerätes erkannt. Durch Öffnen des Trennventils gelangt Kaltwasser zum zirkulationsseitigen Modul und nutzt dessen Leistungskapazität. Mit äußerst geringem Schaltungsaufwand lassen sich auf diese Weise sehr leistungsstarke Trinkwassererwärmersysteme aufbauen.

Schlüsseltechnik für Energieeffizienz und Solarthermie

Die durch die exergieoptimierte Schaltung der Frischwarmwasserkaskade im Speicher tatsächlich entstehende kalte Zone liefert die Basis für den Betrieb von Sonnenkollektoren im optimalen Wirkungsgradbereich. Ebenso interessant ist die Lösung aber auch für Anlagen in Fernwärmenetzen, für die in den Technischen Anschlussbedingungen eine niedrige Rücklauftemperatur gefordert ist.

Die Politik steht auf dem Schlauch

Anfang 2017 scheiterte der Entwurf für ein neues Gebäudeenergiegesetz (GEG). Die Fachzeitschrift Sonne Wind & Wärme hat meinen Gastkommentar zu diesem Thema terminlich passend vor der Intersolar in München veröffentlicht. Ich hoffe, damit etwas Stoff für lebhafte und zielführende Diskussionen zu liefern.

Gastkommentar in der Sonne Wind & Wärme 05/2017

Gastkommentar im Klartext

Das hätte Anfang 2017 ein großer Moment der deutschen Energiewende- und Klimaschutzpolitik werden können! Über ein Jahr lang hatten die Fachressorts der Bundesregierung darauf hingearbeitet, aus den drei Regelwerken Energieeinsparverordnung (EnEV), Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEWärmeG) und Energieeinsparungsgesetz (EnEG) zusammenfassend einen einheitlichen Rechtsrahmen zu schaffen: das Gebäudeenergiegesetz (GEG). Am 23. Januar ging der 146 Seiten umfassende Referentenentwurf des GEG an die Fachverbände. Der Anhörungstermin am 31. Januar schien nur noch eine Formalität vor der geplanten Verabschiedung des Gesetzes Mitte Februar.

In der äußerst kurzfristig bemessenen Beteiligungsphase jedoch hagelte es Kritik von den Fachverbänden: dieser Gesetzentwurf würde die Energiewende im Wärmesektor nicht voranbringen! Schließlich wandten sich auch noch acht eher konventionell eingestellte Wirtschafts- und Energiepolitiker mit fundamentaler Kritik gegen den GEG-Entwurf. So kam das Gesetzgebungsverfahren nicht zum Abschluss und verzögert sich nun bis nach der Bundestagswahl. Als ob wir noch viel Zeit im Klimaschutz hätten.

Gescheitert ist der Fortschritt, den das GEG für der Wärmewende bringen soll, aber nicht am Widerspruch, sondern durch den ohne Ambitionen verfassten Entwurf. Außer etwas strengeren Energiestandards für Nichtwohngebäude der öffentlichen Hand und der Vorgabe, auch Wohngebäude mit dem Monatsbilanzverfahren der DIN 18599 rechnen zu müssen, hätte sich nicht viel geändert. Dabei ist Gesetzgebung wie Software: fehlende Updates schaffen Probleme.

So ist es ein Anachronismus, dass im GEG Entwurf der Abschnitt zur Nutzung solarer Strahlungsenergie einfach aus dem EEWärmeG übernommen wurde. Eine Mindestanforderung nach Quadratmetern Aperturfläche je Quadratmeter Gebäude-Nutzfläche ist aber fachlich überholt, weil aktuelle Solar Keymark Zertifikate nach EN ISO 9806:2013 erstellt werden und nur noch die Bruttofläche des Sonnenkollektors nennen. Wieviel Netto vom Brutto bleibt, ist bei manchen Kollektoren überhaupt nicht mehr verlässlich zu erfahren.

Wirklich zielführend ist hingegen der Vorschlag der Initiative Sonnenheizung, die Mindestanforderung an die Solarthermie mit dem von der Effizienz des Kollektors abhängigen Kollektorjahresertrag zu verknüpfen. Dieser kWh-Wert steht zertifiziert in jedem aktuellen Solar Keymark Bericht. Das GEG sollte wie die ertragsabhängige Innovationsförderung im Marktanreizprogramm des BAFA wirkungsgradstarke Kollektoren belohnen. Mit einer effizienteren und dabei kleineren Kollektorfläche bleibt mehr vom Dach frei für die ebenfalls wichtige Solarstromerzeugung.

Die wird im GEG-Entwurf aber deutlich unterbewertet: Wenn von den rund 1.000 Kilowattstunden, die Photovoltaik pro Kilowatt Nennleistung jährlich liefern kann, nur 150 kWh auf den Endenergiebedarf (Strom) angerechnet werden, bzw. mit Stromspeicher 200 kWh: was ist dann mit den übrigen 800 kWh? Wenn diese naturgemäß zeitgenau von den Solarkreispumpen der Kollektoranlagen genutzt werden, warum wird dann deren elektrische Hilfsenergie mit dem vollen Primärenergiefaktor 1,8 bewertet? Und wieso muss Strom aus erneuerbaren Energien „im unmittelbaren räumlichen Zusammenhang zu dem Gebäude erzeugt“ werden? Auch ökologische Ausgleichsflächen werden üblicherweise nicht auf dem Dach eines Neubaus angelegt. PV-Quartierslösungen mit entsprechend großvolumigem Stromspeicher wären in einem zukunftsorientierten GEG mit Sicherheit jährlich 300 kWh und mehr wert und würden auch die Flächenkonkurrenz zur Solarthermie entschärfen.

Viel wichtiger als die unmittelbare räumliche Nähe zu den Verbrauchern ist beim Ökostrom, dass deren Verbrauch zeitlich zur Erzeugungsleistung passt. Denn jede Zwischenspeicherung von Strom hat wenigstens 15% Verlust, über Power-to-Gas und Wiederverstromung gehen sogar über zwei Drittel verloren. Das GEG wird die monatliche Bilanzierung des Energiebedarfs fordern. Da wäre es nur konsequent, auch den Primärenergiefaktor für Strom monatsweise anzusetzen, zwischen 0,7 in den Sommermonaten und 2,6 im Winter.

Die Politik steht bei der Energiewende-Gesetzgebung auf dem Schlauch. Das muss sich ändern! Aber unabhängig davon lässt sich schon jetzt die Solarthermie als Schlüsseltechnologie nutzen, um schnell und wirksam mit der Energiewende und dem Klimaschutz voran zu kommen, ohne das Stromnetz zusätzlich zu belasten.

Axel Horn

Mehr zur SONNE WIND & WÄRME: www.sonnewindwaerme.de

 

Solarthermie

Keine Energiewende ohne Solarwärme
In letzter Zeit kann man es immer häufiger hören und lesen: Ohne Solarwärme ist die Energiewende nicht zu schaffen! Die Freude über diese Aussage verfliegt aber wieder, wenn gleich danach die Solarthermie-Anlagen klassischen Zuschnitts für Einfamilienhäuser schlechtgeredet werden. Die einen behaupten, eine Photovoltaikanlage mit Wärmepumpe und kleinem Brauchwasserspeicher sei die billigste Lösung, andere stellen die These auf, ohne Langzeitspeicher gäbe es im Eigenheim keine Solarthermie, die auch ökonomisch Sinn stiftet. Ja was denn nun?

solarthermie_am_abend

Solarthermie ist: am Sommerabend ein durchgeladener Solarspeicher für wenigstens 48 Stunden voll-solare Wärmeversorgung

Optimale Wirtschaftlichkeit der „Faktor 2-Anlage“

Jede Sonnenkollektoranlage, die mit einer brennstoffgespeisten Wärmequelle im Haus gekoppelt ist, leistet einen Beitrag zur Langzeitspeicherung, indem eben dieser Brennstoff gespart wird. Einfache Trinkwasser-Solaranlagen schaffen im Jahresschnitt immerhin rund 15% Einsparung. Das liegt aber tatsächlich weit unter dem Potential einer Sonnenkollektoranlage. Bei einer „Faktor-2-Anlage“, also Verdoppelung der Kollektorfläche gegenüber der einfachen Auslegung für die Trinkwasser­erwärmung, lassen sich pro Quadratmeter Kollektorfläche immer noch genauso viel Kilowattstunden Solarwärme herausholen wie bei den kleinen Anlagen. Das meiste davon fließt innerhalb weniger Stunden oder Tage in den Verbrauch für Trinkwassererwärmung und Heizung. Dafür ist im Einfamilienhaus ein Pufferspeicher in der genannten Dimensionierung zwischen 750 und 1.500 Liter Volumen erforderlich, mehr nicht. Auf dieser Basis ist im Hochsommer eine komfortable Volldeckung des Wärmebedarfs möglich, und dem Kessel bleibt viel energie- und materialverschleißender Teillastbetrieb erspart. Solche Anlagen kommen je nach Dämmstandard des Hauses auf 25 bis 50% solare Brennstoffeinsparung. Das ist nicht wenig. Und weil die Investkosten vorrangig in gut genutzte Kollektorfläche und effiziente Anlagentechnik fließen, ist es auch wirtschaftlich. Die im April 2015 deutlich verbesserte Förderung im Marktanreizprogramm von BAFA und KfW sollte vielen Projekten über die Schwelle der Wirtschaftlichkeit helfen.

 

Solarthermie ist: ein robustes, langlebiges und gleichzeitig effizientes Anlagenkonzept

Langzeitspeicherung mit gespartem Brennstoff

Nicht verbrauchter Brennstoff, ob Öl, Gas oder Holzpellets, ist nichts anderes als die wirtschaftlichste Form der Langzeitspeicherung von Energie. Im Gegensatz zu einem Wärmespeicher oder einer Batterie ist die Energiedichte enorm und es gibt praktisch keine Speicherverluste. Auf diese Weise genutzt schafft die Solarthermie eine wichtige Voraussetzung, dass regenerativ gewonnene Brennstoffe – vor allem aus Wäldern und Power-To-Gas-Anlagen – mengenmäßig ausreichen könnten: für die Erzeugung von Strom während der „dunklen Flaute“, für den Verkehrsbereich, für die vielen kleinen brennstoffgespeisten Wärmeerzeuger, die es weiterhin in Einfamilienhäusern geben wird.

energiespeicher

Solarthermie ist: mit der Sonne so viel Brennstoff sparen, dass es für den Winter reicht

Solarthermie ist effiziente Anlagentechnik

Dieses Prinzip muss man natürlich konsequent weiterdenken. Viele Häuser haben einfach kein einigermaßen nach Süden orientiertes Dach, und die meisten Mehrfamilienhäuser nicht einmal für die solare Trinkwassererwärmung genügend Dachfläche. Hier können aus Photovoltaikstrom gespeiste Wärmepumpen oder Elektro-Direktheizungen die Rolle des Kollektorkreises übernehmen und Wärme in eine Anlagenschaltung liefern, die weitgehend von der klassischen Solarthermie übernommen ist. Dadurch ist eine optimale Nutzung des thermischen Pufferspeichers gewährleistet, wobei hier die Stichworte Exergieoptimierung und Trinkwasserhygiene zu nennen sind.

Energiewende im Dreieck von Strom und Wärme und Brennstoff

Es ist höchste Zeit, Stromtarife anzubieten, die stromnetzweit einen Anreiz schaffen, Erzeugungsspitzen von Ökostrom (und vorrangig nur diese!) in eine thermische Nutzung abzuleiten. Wenn Norddeutschland den Gasverbrauch drosselt, indem es Windstrom in Power-to-Heat und Power-to-Gas umsetzt, müssen keine Stromleitungen in den Süden gebaut werden. Wenn in Süddeutschland die Solarthermie den Gasverbrauch reduziert, kann viel Gas in großen Kavernen zwischengespeichert werden. Über das Gasnetz steht dann ausreichend Energie zur Verfügung, um bei Bedarf Lastspitzen abzudecken. Dafür braucht es keinen Neubau von Gaskraftwerken, sondern Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, die auf diese Weise ein optimaler Systempartner der Solarthermie werden.

Fazit: Keine Energiewende ohne Solarwärme ist absolut korrekt. Aber dazu müssen wir alle ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten nutzen und bei der Energiewende nicht nur Strom und Wärme, sondern auch die Brennstoffe aus erneuerbaren Quellen konsequent einbeziehen.