Solar-Pflicht oder Photovoltaik-Pflicht?

Das pv magazine titelt: Neuer Rückenwind für landesweite Photovoltaik-Pflicht bei Neubauten in Baden-Württemberg

Bei einem Presseorgan der Solarstrombranche ist klar, dass der Fokus bei der Photovoltaik liegt, wenn es eigentlich um die verstärkte Nutzung von Sonnenenergie insgesamt geht. Der Energie- und Landesminister Franz Unterstellen (Grüne) arbeitet daran, die rechtlichen Grundlagen für eine landesweite Solarpflicht zu schaffen. Das schließt die Solarthermie ein, die in Baden Württemberg über das EWärmeG des Bundeslandes schon seit 2008 eine von mehreren Erfüllungsoptionen ist, nach denen bei der Erneuerung von Heizungsanlagen im Gebäudebestand bestimmte Mindestanforderungen erfüllt werden müssen. Seit 2015 kann dafür auch das Betreiben einer PV-Anlage angerechnet werden, es genügen 0,02 kW peak Photovoltaik pro Quadratmeter Wohnfläche. Ohne Kopplung zum Heizsystem bläst dieses aber weiter ungebremst CO2 in die Atmosphäre. Der Solarthermie werden in Baden-Württemberg dagegen 0,07 m² Aperturfläche / m² Wfl abverlangt, was einen fossil befeuerten Kessel zwar wirksam ausbremst, aber wegen der tendenziell überdimensionierten und deshalb schlecht ausgelasteten Kollektorfläche wirtschaftlich wenig interessant ist.

Was für wirksamen Klimaschutz fehlt, sind sinnvolle Anforderungen auf Länderebene zur Nutzung erneuerbarer Energien für die Gebäudeheizung. Sinnvollere Anforderungen jedenfalls, als im künftigen Gebäudeenergiegesetz festgelegt werden. Dort findet sich ebenfalls eine Erfüllungsoption mit „0,02 kW peak Photovoltaik“, allerdings bezogen auf den Quadratmeter Gebäudenutzfläche (die größer als die Wohnfläche ist). Das hätte zur Folge, dass ein Einfamilienhausneubau mit der üblichen 4 kW peak PV-Anlage auf dem Dach letztlich komplett ohne erneuerbare Energien beheizt werden könnte. Denn der Solarstrom dieser Anlage fließt zuerst in den normalen Stromverbrauch des Haushalts, und wenn Elektromobilität dazukommt, bleibt nichts für die Wärmeversorgung des Hauses übrig.

Die vom Sonnenkollektor kommende Wärme lässt sich dagegen nicht zweckentfremden. Die meisten heizungsunterstützenden Solarthermieanlagen reduzieren im Neubau den Brennstoffverbrauch um über 30 Prozent und beanspruchen nur rund 15 m² der Dachfläche. In den meisten Fällen bleibt viel Platz für zusätzliche Photovoltaik.

Ich erwarte von den Regierungsparteien und insbesondere von den Grünen, dass sie diese Fakten in die Gesetztesinitiativen für eine Solarpflicht in den Bundesländern einbeziehen. Die Regelungen dürfen nicht dazu führen, dass die Solarthermie noch stärker von den Dächern verdrängt wird, als das bereits geschehen ist, weil

  • die Strompreise durch die EEG-Umlage gestiegen, während die Preise für Heizöl in den vergangenen acht Jahren gefallen sind.
  • eine PV-Anlage auf dem EFH-Neubau über die EEG-Einspeisevergütung gefördert wird, während Solarthermie erst bei Sonnenhäusern einen Zuschuss erhält.

Die Solarpflicht muss vorschreiben, dass zuerst die Möglichkeit zum Einbau einer Solarthermieanlage geprüft wird und bei günstigen Voraussetzungen (Süddach, Neigung, Niedertemperaturheizung) diese Erfüllungsoption stärken. Wenn nur die Installation einer kleinen Sonnenkollektorfläche sinnvoll ist, z. B. bei starker Südabweichung, soll die Kombination mit einer zusätzlichen PV-Anlage einen Kombinationsbonus erhalten.
Ziel muss es sein, alle geeigneten Dachflächen für Photovoltaik und/oder Solarthermie zu nutzen.

Solarthermie (oben) und Photovoltaik (unten) kombiniert für die beste Nutzung von Sonnenenergie
Bild: Gemeinhardt AG / Sonnenhaus-Institut / Udo Geisler

Die Solarthermie sollte genauso wenig nach Quadratmetern bemessen werden wie die Photovoltaik. Es gibt ein klar nachvollziehbares Kriterium für die Leistungsfähigkeit eines Sonnenkollektors: den jährlichen Kollektorertrag auf Basis des zugehörigen Solar Keymark Zertifikats. Viele Sonnenkollektoren schaffen 450 kWh/(m² Jahr), aber es gibt auch Kollektoren mit nur 300 kWh/m² oder über 600 kWh/m². Bei Solarstromanlagen gilt die Erzeugung von 1.000 kWh je 1 kW peak als Faustformel.

Die Aufrechnung von Kilowattstunden aus PV-Modulen und Kollektoren ist wie ein Vergleich von Äpfeln mit Birnen. Photovoltaik liefert hochwertigen Strom, zu dessen Herstellung in Kraftwerken wenigstens doppelt soviel Kilowattstunden Brennstoff verbraucht werden müssten, der aber immer häufiger vor dem Verbrauch unter Verlusten weitergeleitet oder zwischengespeichert werden muss. Solarthermie liefert dagegen zum lokalen Verbrauch passende Nutzwärme, ist immer mit einem entsprechenden Solarspeicher verbunden, benötigt keine zusätzliche Infrastruktur im Stromnetz und vermeidet gerade in den Sommermonaten hohe Bereitschaftsverluste der konventionellen Wärmeerzeuger. Nun geht es darum, aus Äpfeln und Birnen einen gesunden Obstsalat zu machen.

Mein Vorschlag:

Einem kW peak Photovoltaik entsprechen 1.000 kWh jährlicher Kollektorertrag nach Solar Keymark (Würzburg, 50 °C).

Und wieviel Solarthermie bzw. Photovoltaik sollte nun auf den Dächern Pflicht werden? Dazu möchte ich auf meinen Vorschlag zum Gebäudeenergiegesetz verweisen.

https://www.ahornsolar.de/solarenergie-im-gebaeudeenergiegesetz/

Schnell wirksamer Klimaschutz mit Solarthermie

Es ist eine Paradoxie dieser Zeit, wie einige prominente Vertreter der Klimaschutzbewegung die drohende Gefahr der bereits einsetzenden Klimakatastrophe beschwören – aber zu ihrer Abwendung ausschließlich Strom aus Sonne und Wind gelten lassen.

Windräder und Photovoltaikanlagen stellen zweifellos die wichtigsten Bausteine der künftigen Energieversorgung dar. Nur geht ihr Ausbau aus technischen wie aus politischen Gründen viel zu langsam voran, um alleine damit noch vor 2035 den gesamten Energiebedarf zu decken. Vor allem im Wärmesektor gibt es aber viele Möglichkeiten, mit minimalem Einsatz elektrischer Energie sehr große Beiträge zur Dekarbonisierung zu liefern. Solarthermie, also Wärme aus „klassischen“ Sonnenkollektoren, und damit verbundene Effizienztechnologien können die Lücke schließen, die eine verschleppte Energiewende im Stromsektor gerissen hat.

Klimaschutzszenario
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Keine Energiewende ohne Solarwärme
Wer Klimaschutz ernst meint, kann Solarthermie-Anlagen für Warmwasser und Raumheizung nicht schlechtreden. Nichts gegen Photovoltaikanlagen, dafür gibt es neben dem Sonnenkollektor meistens noch viel freien Platz auf dem Dach. Nichts gegen Wärmepumpen, wenn diese auch im Winter noch wenigstens drei Kilowattstunden Wärme pro Kilowattstunde Strom produzieren. Leider ist das aber keine Selbstverständlichkeit, erst recht nicht bei der Umstellung alter Heizungsanlagen, und jede Kilowattstunde mehr Stromverbrauch erhöht zuerst einmal den Anteil fossiler Energien am Strommix.

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

Optimale Wirtschaftlichkeit der „Faktor 2-Anlage“

Einfache Trinkwasser-Solaranlagen schaffen im Jahresschnitt immerhin rund 15% Einsparung. Das liegt aber weit unter dem Potenzial 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: Eine Energiewende ohne Solarthermie ist möglich. Aber sie dauert länger, als uns nach der Logik von Fridays for Future noch an Zeit bleibt. Also müssen wir die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Solarthermie nutzen und bei der Energiewende nicht nur Strom, sondern auch die Brennstoffe aus erneuerbaren Quellen konsequent einbeziehen.

Sonnenaufgang im Wärmenetz

Die Mitgliederzeitschrift des Bund der Energieverbraucher e. V. widmet in der Septemberausgabe zwei Doppelseiten der Bedeutung der Solarthermie für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung mit Wärmenetzen.

Bis zum Jahr 2015 stagnierte die mit Sonnenkollektoren erzeuge Fernwärme in Deutschland, hat aber seitdem beträchtliche Zuwächse erzielt. Alleine durch die im laufenden Jahr 2019 neu gebauten Anlagen soll die installierte Leistung um 30 Prozent zulegen.

Installierte Kollektorfläche in großen Wärmenetzen

Der Artikel vermittelt Eindrücke vom Stand der Technik für Großflächenkollektoranlagen, die derzeit an verschiedenen Standorten entstehen, erläutert das Prinzip der Kalten Nahwärme und zeigt auf, wie auch relativ kleine Solarthermieanlagen eine sinnvolle Ergänzung zur Technik in Wärmenetzen darstellen.

Das Team der Energiedepesche hat freundlicherweise einen Solarthermie-Sonderdruck als PDF-Datei zur Verfügung gestellt. Hier der Download-Link zu dieser Datei: www.ahornsolar.de/files/Energiedepesche_Solarthermie_2019-3.pdf (1.1 MB)

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.