Solarthermie – ahornsolar.de

Solarthermie und -strom im Gebäudeenergiegesetz

Die gute Nachricht zuerst: Solarthermie findet in der Beschlussempfehlung vom 05.07.2023 zur Änderung des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) eine sehr positive Erwähnung gleich nach der Wärmepumpe:

Insbesondere der Nutzung der überall kostenlos verfügbaren erneuerbaren Umweltwärme mittels Wärmepumpen und Solarthermie wird dabei eine entscheidende Rolle zukommen.

Neue Regeln für die Solarthermie

Dementsprechend nennt das neue GEG die Solarthermie ausdrücklich als Erfüllungsoption für die vieldiskutierte Pflicht zu einem hohen Anteil erneuerbarer Energien an der künftigen Wärmeversorgung von Gebäuden.

§ 71 Anforderungen an eine Heizungsanlage
(1) Eine Heizungsanlage darf zum Zweck der Inbetriebnahme in einem
Gebäude nur eingebaut oder aufgestellt werden, wenn sie
mindestens 65 Prozent der mit der Anlage bereitgestellten Wärme mit
erneuerbaren Energien oder unvermeidbarer Abwärme nach
Maßgabe der Absätze 4 bis 6 sowie der §§ 71b bis 71h erzeugt.

Die Solarthermie kommt dabei gleich zweimal vor. Zum einen eigenständig als Wärmequelle, die zwar nur selten 100% des gesamten Wärmebedarfs decken kann, die aber im Rahmen ihres Anteils zu 100% erneuerbare Wärme erzeugt, zum anderen in der Kombination mit Heizkesseln:

GEG § 71 (3) Die Anforderungen des § 71 Absatz 1 gelten für die folgenden Anlagen einzeln oder in Kombination miteinander als erfüllt, so dass ein gesonderter Nachweis nicht erforderlich ist:

Hausübergabestation zum Anschluss an ein Wärmenetz
elektrisch angetriebene Wärmepumpe
Stromdirektheizung (nach Maßgabe § 71d)
solarthermische Anlage (nach Maßgabe § 71e)
Heizungsanlage zur Nutzung von Biomasse oder grünem oder blauem
Wasserstoff einschließlich daraus hergestellter Derivate nach Maßgabe der §§ 71f und 71g,
Wärmepumpen-Hybridheizung bestehend aus einer elektrisch
angetriebenen Wärmepumpe in Kombination mit einer Gas-, Biomasse- oder
Flüssigbrennstofffeuerung nach Maßgabe des § 71h Absatz 1
Solarthermie-Hybridheizung bestehend aus einer solarthermischen
Anlage (nach Maßgabe §§ 71e und 71h Absatz 2) in Kombination mit einer
Gas-, Biomasse- oder Flüssigbrennstofffeuerung (nach Maßgabe § 71h
Absatz 4)

Bei einer Kombination mit einem Wärmeerzeuger der Punkte 1, 2, 3, 5 oder 6 bewirkt Solarthermie, dass die Heizungsanlage weniger Energie zur Wärmeerzeugung verbraucht, weil der Sonnenkollektor stattdessen Wärme erzeugt. Unabhängig davon, wie groß oder klein der Anteil aus Solarthermie ist, bleibt die Vorgabe von wenigstens 65 Prozent erneuerbaren Energien für die Wärmeversorgung immer erfüllt.

Eine Solarthermie-Hybridheizung nach Punkt 7. ist eigentlich eine Kombination der solarthermischen Anlage nach Punkt 4 mit einer Heizkesselanlage nach Punkt 5, soweit der Heizkessel mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen beschickt wird. Der § 71h soll für diese Kombination nur einen vereinfachten Ansatz liefern, wie stark der Anteil von Brennstoff von 65 Prozent (nach § 71f) abgesenkt werden darf, weil der Solarthermie zu 100% erneuerbare Wärme beiträgt.

§ 71h (2) Eine Solarthermie-Hybridheizung, bestehend aus einer solarthermischen Anlage und in Kombination mit einer Gas-, Biomasse- oder Flüssigbrennstofffeuerung, darf nur eingebaut oder aufgestellt und betrieben
werden, wenn die Anforderungen nach den Absätzen 3 bis 5 erfüllt sind.

(3) Die solarthermische Anlage muss mindestens folgende Aperturflächen erreichen:
1. bei Wohngebäuden mit höchstens zwei Wohneinheiten eine Fläche von mindestens 0,07 Quadratmetern Aperturfläche je Quadratmeter Nutzfläche oder
2. bei Wohngebäuden mit mehr als zwei Wohneinheiten oder Nichtwohngebäuden eine Fläche von mindestens 0,06 Quadratmetern Aperturfläche je Quadratmeter Nutzfläche.
Beim Einsatz von Vakuumröhrenkollektoren verringert sich die Mindestfläche um 20 Prozent.

Bei einen Einfamilienhaus mit z. B. Gebäudenutzfläche A_N = 204,0 m² müsste also die Kollektoraperturfläche wenigstens 14,28 m² groß dimensioniert sein. Dafür gibt es etwas Nachlass bei dem Pflichtanteil grünen Brennstoffs, statt 65 Prozent „nur“ 60 Prozent, was einem Beitrag der Solarthermie von 12,5% zur Deckung des Wärmebedarfs entspricht. Damit wird der tatsächliche Beitrag der Solarthermie für die meisten Bestandsgebäude, die in den vergangenen 20 Jahren gebaut wurden, deutlich unterschätzt. Denn nach der EnEV von 2009 brachten nur 0,04 m² Aperturfläche je Quadratmeter Nutzfläche bereits 15 Prozent.

Zum Glück ist ein Unterschreiten der Mindestaperturfläche zulässig und führt nur zu einer geringfügig erhöhten Anforderung an den Mindestanteil
grünen Brennstoffs:

§ 71h (5) Sofern eine solarthermische Anlage mit kleinerer Aperturfläche als
der in Absatz 3 genannten eingesetzt wird, ist die Reduktion der
Anforderung an den Anteil von mit der Anlage bereitgestellter Wärme
aus Biomasse oder grünem oder blauem Wasserstoff einschließlich
daraus hergestellter Derivate nach Absatz 3 von 65 Prozent auf 60 Prozent entsprechend dem Anteil der eingesetzten Aperturfläche an der
in Absatz 3 genannten Aperturfläche zu mindern.

Wer zum Beispiel für 204 Quadratmeter Nutzfläche bedarfsgerecht die Aperturfläche der Anlage bei 13,32 m² belässt, erfüllt den Mindestwert zu 93,3 % und darf den Anteil grünen Brennstoffs dementsprechend um 93,3 % von 5 Prozentpunkten auf 60,45 Prozent senken.

In den meisten Fällen ist es besser, den Beitrag der Solarthermie zum 65 % Mindestanteil Erneuerbarer Energien durch einen zugelassenen Energieeffizienzexperten nach der einschlägigen Norm berechnen zu lassen.

§ 71 (2) Der Gebäudeeigentümer kann frei wählen, mit welcher
Heizungsanlage die Anforderungen nach Absatz 1 erfüllt werden.
Die Einhaltung der Anforderungen des Absatzes 1 in Verbindung mit den
§§ 71b bis 71h ist auf Grundlage von Berechnungen nach der
DIN V 18599: 2018-09* durch eine nach § 88 berechtigte Person vor
Inbetriebnahme nachzuweisen.

In diesem Fall sollte es möglich sein, den Pflichtanteil an grünem Gas deutlich unter 60% zu senken, wenn

die Kollektorfläche gut nach Süden ausgerichtet ist (nicht mehr als 60 Grad Südabweichung)
der Heizwärmebedarf des Hauses durch einen guten Dämmstandard relativ niedrig ist

Die Photovoltaik spielt eine wichtige Nebenrolle

Bereits das GEG vom 08.08.2020 enthielt eine Regelung, die den Einsatz von Photovoltaik für die Bilanz eines Neubaus interessant macht.

§ 23 Anrechnung von Strom aus erneuerbaren Energien
(1) Strom aus erneuerbaren Energien, der im unmittelbaren räumlichen Zusammenhang zu einem zu errichtenden Gebäude erzeugt wird, darf bei der Ermittlung des Jahres-Primärenergiebedarfs des zu errichtenden Gebäudes (…) in Abzug gebracht werden.
(2) Zur Berechnung der abzugsfähigen Strommenge nach Absatz 1 ist der monatliche Ertrag der Anlage zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien dem Strombedarf für Heizung, Warmwasserbereitung, Lüftung, Kühlung und Hilfsenergien sowie bei Nichtwohngebäuden zusätzlich für Beleuchtung gegenüberzustellen. Der monatliche Ertrag ist nach DIN V 18599-9: 2018-09 zu bestimmen. Bei Anlagen zur Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie sind die monatlichen Stromerträge unter Verwendung der mittleren monatlichen
Strahlungsintensitäten der Referenzklimazone Potsdam nach DIN V 18599-10: 2018-09 Anhang E sowie der Standardwerte zur Ermittlung der Nennleistung des Photovoltaikmoduls nach DIN V 18599-9: 2018-09 Anhang B zu ermitteln.

Zu diesem Paragraphen enthält das Änderungsgesetz zum GEG vom 16. Oktober 2023 keine Änderung. Daher ist diese Regelung weiterhin für Neubauten interessant, um selbst produzierten Solarstrom für den Betrieb einer Wärmepumpe oder auch als Hilfsenergie für die Pumpe einer Sonnenkollektoranlage angerechnet zu bekommen.

Der Verwendung von Solarstrom zum Betrieb von Stromdirektheizungen schiebt das neue GEG jedoch einen Riegel vor.

§ 71d Anforderungen an die Nutzung einer Stromdirektheizung
(1) Eine Stromdirektheizung darf in einem zu errichtenden Gebäude (…) nur
eingebaut oder aufgestellt werden, wenn das Gebäude die Anforderungen an
den baulichen Wärmeschutz nach den §§ 16 und 19 um mindestens 45 Prozent
unterschreitet.
(2) Eine Stromdirektheizung darf in ein bestehendes Gebäude (…) nur
eingebaut oder aufgestellt werden, wenn das Gebäude die Anforderungen an
den baulichen Wärmeschutz nach den §§ 16 und 19 um mindestens 30 Prozent
unterschreitet.
Wenn ein bestehendes Gebäude bereits über eine Heizungsanlage mit Wasser
als Wärmeträger verfügt, ist der Einbau einer Stromdirektheizung nur zulässig,
wenn das Gebäude die Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz nach
den §§ 16 und 19 um mindestens 45 Prozent unterschreitet.

Typische Stromdirektheizungen sind Infrarotheizplatten, die durch Strahlungswärme Behaglichkeit schaffen und sonstige direktelektrische Wärmeerzeuger, die direkt in einen Raum wirken. Deren Einsatz in schlecht gedämmten Bestandsgebäuden kann durch das neue GEG als Ordnungswidrigkeit geahndet werden.

Elektroheizelemente, die mit Solar- oder Netzstrom einen Pufferspeicher erwärmen und dann über einen Heizkreis zur Raumheizung dienen, scheinen durch § 71d nicht reglementiert zu sein. Das bedeutet aber auch, dass diese Form der Wärmeerzeugung nicht zu den ausdrücklich genannten Erfüllungsoptionen gehört.

Vertiefende Informationen per PDF-Datei

Eine ausführlichere Darstellung zur Rolle der Solarthermie und der Photovoltaik im Gebäudeenergiegesetz ist in meiner Präsentation zu finden, die anlässlich eines Online-Seminars für das Bauzentrum München entstanden ist und seitdem nochmals aktualisiert wurde.

Das 100 Terawattstunden-Versprechen der Solarthermie

Es wird ernst mit Energiewende und Klimaschutz! Zum Jahresanfang 2022 stellte der Bundeswirtschaftsminister die Eröffnungsbilanz Klimaschutz vor, nach der ein beschleunigter Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung und die Errichtung moderner H2-ready Gaskraftwerke einen Kohleausstieg bis 2030 sicherstellen soll. Gleichzeitig protestiert die Klimaschutzbewegung gegen die EU-Taxonomie, die einen Ausbau der CO2-armen Stromerzeugung aus Atomenergie und Gas fördern will.
Der Wärmesektor kann wesentlich dazu beitragen, neue Atomkraftwerke und Gaskraftwerke überflüssig zu machen und trotzdem den Pfad zum Erreichen der Pariser Klimaschutzziele nicht zu verlassen. Die Solarthermie ist dabei eine Schlüsseltechnologie, die den Verbrauch fossiler Brennstoffe signifikant senkt, ohne einen starken und auf absehbare Zeit nicht aus erneuerbaren Energien zu bewältigenden Anstieg des Stromverbrauchs auszulösen. Verschiedene Studien sehen das Potenzial der Solarthermie in Deutschland bei jährlich wenigstens 100 TWh Nutzenergie. Das entspricht dem gesamten Heizölverbrauch der privaten Haushalte.
Es gibt keine technologischen Hürden (z. B. fehlender Netzausbau), dieses Potenzial schnell zu aktivieren. Dagegen gibt es in Förderrichtlinien und Normen viele Details, die immer noch den Ausbau der Solarthermie behindern.

Die Folgen einer einseitigen Sektorkopplung

Wenn 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 der Politik 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.

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 2020 insgesamt rund 21 Mio. m² Solarkollektorfläche installiert sind, die rund 8,7 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.

Gedanken zur Solarthermie im Gebäudeenergiegesetz

März 2023: Ganz Deutschland redet über über das Verbot von Gas- und Ölkesseln. Dabei ist im Entwurf für das Gebäudeenergiegesetz auch eine böse Überraschung versteckt, die ältere Sonnenkollektoranlagen betrifft:

„§ 71e Anforderungen an solarthermische Anlagen
Wird eine solarthermische Anlage mit Flüssigkeiten als Wärmeträger genutzt, müssen die darin enthaltenen Kollektoren oder das System mit dem europäischen Prüfzeichen „Solar Keymark“ zertifiziert sein …“

Es ist gut und richtig, dass die Sonnenkollektoren von neu installierten Solarthermieanlagen nach Solar Keymark zertifiziert sein müssen.
https://solarkeymark.eu/

Das neue GEG darf aber nicht dazu führen, dass bereits in Betrieb befindliche Sonnenkollektoren nicht mehr für den EE-Anteil angerechnet werden dürfen (oder sogar stillgelegt werden müssen?), falls das zum Zeitpunkt der Installation gültige Solar Keymark zwischenzeitlich erloschen ist. Das betrifft viele Bestandsanlagen mit älteren Sonnenkollektoren, die nicht mehr am Markt angeboten werden und deshalb auch kein aktuell gültiges Solar Keymark Zertifikat mehr haben. Es darf nicht sein, dass solche Kollektoren, die weiterhin hervorragende Solarerträge liefern, abgebaut werden, nur weil sie ein formales Kriterium nicht erfüllen.

§ 71e muss klarstellen, dass für Solarthermie-Bestandsanlagen auch erloschene Solar Keymark Zertifikate anerkannt werden und dass ersatzweise durch einen Wärmemengenzähler im Solarkreis die Wirksamkeit der Installation nachgewiesen werden kann.

Eigentlich findet die Solarthermie im Entwurf für das neue Gebäudeenergiegesetz sehr positive Erwähnung gleich nach der Wärmepumpe:

Insbesondere der Nutzung der überall kostenlos verfügbaren erneuerbaren Umweltwärme mittels Wärmepumpen und Solarthermie wird dabei eine entscheidende Rolle zukommen.

Was dazu im Gesetz noch fehlt, ist eine einfache, niedrigschwellig anwendbare „Bierdeckel-Formel“, um den konkreten Solarthermie-Anteil einer Heizungsanlage zu bestimmen.

Die folgenden drei Parameter können im Zusammenhang mit der Sanierung einer Heizungsanlage mit Solarthermie als bekannt vorausgesetzt werden:

Heizlast (P_design) des Gebäudes in kW
jährlicher Kollektorertrag (GTY , nach Solar Keymark, Würzburg, 50 °C) der zu installierenden Kollektorfläche
jährliche Volllaststunden (H_HE), festgelegt auf 2.066 jährliche Volllaststunden, was dem europäischen Regelwert zur Energieeffizienz entspricht.

So ergibt sich als einfache Formel:

Anteil Solarthermie = GTY / (P_design x H_HE)

Damit geht sowohl die Qualität des baulichen Wärmeschutz wie auch die Effizienz des konkreten Sonnenkollektor-Produkts in die Berechnung ein, ohne für ein Bestandsgebäude den enormen Aufwand für eine vollständige Wärmebedarfsrechnung nach DIN V 18599 treiben zu müssen.

Bleibt zu hoffen, dass die Abgeordneten der Ampelregierung für diese Vorschläge aufgeschlossen sind, wenn das GEG im Bundestag beraten wird.

Solaraktivhaus-Nachweis mit GetSolar rechnen

Vorbemerkung, Stand März 2023: Die nachfolgenden Informationen beziehen sich auf das Förderprogramm für Solaraktivhäuser, das leider nicht mehr verfügbar ist. Dennoch bleiben Sonnenkollektoren eine gute Lösung, um einen großen Teil des Wärmebedarfs eines Wohnhauses zu decken.

Bei Ein- und Zweifamilienhäusern, die neu gebaut werden oder deren Gebäudehülle ambitioniert saniert wird, kann eine Solarthermieanlage zur Warmwasserbereitung und Raumheizung eine Gesamtdeckungsrate von über 50% erreichen.

Unter der Voraussetzung, dass diese Mindestdeckungsrate erreicht ist, und die Kollektorfläche über 20 m² liegt, kann beim BAFA die äußerst attraktive Innovationsförderung beantragt werden. Dafür ist die KfW Online-Bestätigung eines zugelassenen Sachverständigen zu einem bestimmten, niedrigen Transmissionswärmeverlust erforderlich, sowie auch eine Simulationsrechnung nach besonderen Randbedingungen.

Solarthermie statt Erdgas

Die Aggression Putins gegen die Ukraine und die hybride Kriegsführung Russlands gegen alle Demokratien, die der Ukraine Unterstützung geben, haben zur Abschaltung aller Gaslieferungen aus Russland geführt.

Dramatisch steigende Strom- und Gaspreise und die immer noch sich verschärfende Klimakrise liefern weitere Gründe, die Heizung am liebsten abschalten zu wollen. Aber wie lässt sich das durchhalten, wenn es im Haus kalt wird?

Wenn Ihnen ein Haus mit geeigneter Dachfläche gehört, ist jetzt die beste Gelegenheit, einen Sonnenkollektor zu installieren. Der versorgt Sie komfortabel mit Sonnenwärme, während der Gasverbrauch ein halbes Jahr lang bei Null bleibt!

Heizungsunterstützende Solarthermieanlagen schaffen bereits in den letzten Wochen der Heizperiode – also genau jetzt ! – so viel Solarwärme ins Haus, dass der Gaskessel komplett abgeschaltet werden kann. Das bleibt so bis in den Herbst. Dafür sorgt neben dem Kollektor ein ordentlicher Pufferspeicher, der in 1000 Litern Heizwasser rund 50 kWh Solarwärme speichern kann.

Das folgende Schaltschema hat sich als hocheffiziente Lösung für die meisten Anlagen bewährt:

Sieben Schritte zu mehr Energieunabhängigkeit

Was ist nun konkret zu tun, um die bestehende Heizung zu einer Solarthermieanlage mit mehr oder weniger fossilfreier Nachheizung umzubauen?

Fragen Sie einige Heizungsinstallateure Ihrer Region nach deren Vorschlägen. Bei passenden Voraussetzungen (rund 10 m² unverschattetes, unverbautes Dach mit weniger als 50 Grad Südabweichung) und Platz für den Pufferspeicher im Heizraum sollten ein oder zwei gute Angebote zu bekommen sein. Grundsätzlich ist bei jedem Heizkessel und auch bei vielen Wärmepumpen die Kombination mit einem Sonnenkollektor sinnvoll.
Stellen Sie beim BAFA den Antrag in der Bundesförderung für effiziente Gebäude – Einzelmaßnahmen. Der Zuschuss für alle im Zusammenhang mit der Solarthermie-Installation stehenden Material- und Arbeitskosten liegt bei 25 Prozent.
Falls dabei auch der Heizkessel erneuert wird, werden dessen Materialkosten und anteilige Arbeitskosten nicht gefördert. Es erleichtert der Förderstelle die Arbeit, wenn diese Kosten gesondert abgerechnet werden.
Sobald der Förderantrag gestellt ist, dürfen Sie den Auftrag an Ihren Installateur erteilen. Neue Heizungstechnik ist derzeit stark nachgefragt. Deshalb kann es sein, dass die Lieferzeit bei mehreren Wochen liegt. In dieser Zeitspanne sollte auch der Bewilligungsbescheid vom BAFA eintreffen.
Die Installation von Sonnenkollektor und neuer Technik im Heizraum ist normalerweise innerhalb einer Woche zu schaffen. Außerhalb der Heizperiode braucht das Haus keinen Heizkessel mehr; und für durchgehend warmes Wasser kann Ihr Installateur provisorisch einen kleinen Elektrospeicher anschließen.
Sobald der Sonnenkollektor in Betrieb genommen ist, schickt er weitgehend CO2-freie Wärme in die Heizungsanlage.
Nach Fertigstellung und Bezahlung der Anlage werden alle Nachweise per Online-Formular beim BAFA eingereicht. Nach einiger Zeit der Prüfung kommt der Bescheid, welche Kosten als zuschussfähig anerkannt werden und kurz danach die Überweisung auf Ihr Konto.

Je nach Standort und Dimensionierung der Anlage sind typischerweise 20 bis 30% Verbrauchsreduzierung direkt durch die Nutzung der Solarwärme und weitere 10% Einsparung durch den effizienteren Betrieb der Nachheizung möglich – und das über 20 Jahre lang, unabhängig davon, was für ein Wärmeerzeuger später einmal die Nachheizung übernimmt. Die Kernelemente der Solarthermie sind eine zukunftssichere Investition.

Wenn Sie dazu eine weitergehende Beratung wünschen, schreiben Sie mir bitte eine E-Mail oder rufen Sie mich an.

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 herkömmliche 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!

Die meisten der Millionen von Heizungsanlagen, die derzeit ausschließlich mit fossiler Energie betrieben werden, könnten in nächster Zeit mit einem Sonnenkollektor ausgerüstet werden, der die CO2-Emissionen sofort wirksam reduziert, noch bevor der Ausbau der Ökostromerzeugung größere Beiträge zur Wärmeversorgung liefern kann.

Effizienz von Heizsystemen

Immer wieder werden Infografiken durch die sozialen Netzwerke geschickt, die elektrische Wärmepumpen als effizienteste Heizungstechnik darstellen:
„Aus 100% Ökostrom wird 350% Wärme zum Heizen“.
Dagegen sei eine Gasbrennwertheizung auf Basis von grünem Synthesegas echte Energieverschwendung, weil durch die Umwandlungsverluste der Power-to-Gas Anlagen nur gute 60% der ursprünglichen Energie übrigbleiben. Perfiderweise stimmt die Story bei isolierter Betrachtung der Wärmepumpe und der Synthesegasherstellung sogar. Aber eben nicht bei ehrlicher Bilanzierung im Gesamtsystem.

Es wird noch lange dauern, bis Wärmepumpen zu jeder Stunde eines Jahres mit 100% Ökostrom betrieben werden können. Anfang 2021 erreichten Solarstrom und Wind eine ganze Woche lang zusammen nur 17% Anteil im Strommix (Quelle: energy-charts.info), und das obwohl im Schnitt des Jahres 2020 ihr Beitrag zur Stromerzeugung über 37% ausmachte. So gehört also einiger Optimismus dazu, wenigstens 50% der Stromversorgung für Wärmepumpen „frisch gepresst“ aus Photovoltaik und Windenergie zu erhalten. Die anderen 50% müssen den langen Weg über Power-to-Gas und Rückverstromung gehen, wobei nur 30% der ursprünglichen elektrischen Energie herauskommen.
Wer bei der Heizungserneuerung lediglich den Ölkessel gegen Gasbrennwerttechnik austauscht, verschenkt hohe Zuschüsse: 40% der anrechenbaren Kosten! Diese Fördergelder werden nur gezahlt, wenn dabei eine Solarthermieanlage für Warmwasserbereitung und Raumheizung entsteht, decken dann aber einen Großteil der Mehrkosten ab. Der Sonnenkollektor und die damit verbundene hocheffiziente Anlagentechnik sollten unter normalen Verhältnissen den Gasverbrauch um 40% reduzieren können.
Als dritter Weg steht auch der Anschluss an ein Wärmenetz offen, wenn ein solches vor Ort verfügbar ist oder in der Nachbarschaft organisiert werden kann. Seit Anfang 2021 gibt es abhängig vom Anteil erneuerbarer Energien in aus der Zentrale des konkreten Wärmenetzes im Normalfall wenigstens 30 Prozent, bei Austausch eines Ölkessels gegen einen Wärmenetzanschluss womöglich sogar 45 Prozent Zuschuss.

Wenn man für alle möglichen Varianten die Effizienz bezogen auf den eingesetzten Ökostrom berechnet, ergibt sich bei der Solarthermie Verblüffendes: Die Pumpe im Solarkreis braucht kaum mehr als 20 Watt und holt so mit einer Kilowattstunde elektrischer Hilfsenergie über 50 kWh Solarwärme in den Speicher. So werden aus 100% Strom über 5.000% Wärme.

Ob beim Umwandeln von überschüssigem Ökostrom in Synthesegas oder bei der Rückverstromung im Bedarfsfall, es entsteht jedes Mal Abwärme, die ohne zusätzlichen Strombedarf für Heizzwecke genutzt werden kann. So sind dekarbonisierte Wärmenetze auf Basis von Solarthermie, Abwärme und vielleicht auch mit Wärmepumpen die effizienteste Heiztechnik.

Für alle Nutzungspfade ergeben sich prozentuale Anteile der direkten und der indirekten, mehr oder weniger effizienten Nutzung von Ökostrom mit einer entsprechenden Gesamteffizienz. Um diese einfacher nachvollziehbar zu machen, habe ich sie in einer Infografik zusammengefasst:

Dieselbe Grafik im PDF-Format hier

Ergebnis: Solarthermie mit Gasbrennwertkessel schneidet kaum schlechter ab als Luft-Wasser-Wärmepumpen. Klare Gewinner sind dekarbonisierte Wärmenetze.

Repowering für Sonnenkollektoranlagen

Repowering

ist vor allem aus der Windenergiebranche bekannt und bezeichnet die Erneuerung von Energieerzeugungsanlagen am selben Standort. „Durch die rasante Entwicklung der Technologie (…) ist es in vielen Fällen rentabel, schon vor Ablauf der technischen Lebensdauer alte, kleine Anlagen durch neue, größere zu ersetzen.“ (aus: Wikipedia)

Was für die Erzeugung von Ökostrom richtig ist, kann auch guter Ansatz für Sonnenkollektoranlagen sein, die in die Jahre gekommen sind. Dazu lohnt sich ein Blick auf den Kollektor, auf den Solarspeicher und auf die Regelungstechnik.

Solarthermie im Gebäudeenergiegesetz

Mehr Prozentanteile mit weniger Fläche schaffen!

Das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) und die Energieeinsparverordnung (EnEV) waren in die Jahre gekommen und wurden am 1. November 2020 vom Gebäudeenergiegesetz (GEG) abgelöst. Der neue Gesetzestext hat die wesentlichen Regelungen zur Solarthermie nahezu 1:1 übernommen. Die Mindestanforderung zur Deckung des Wärme- und Kälteenergiebedarfs durch eine solarthermische Anlage bleibt bei 15 Prozent. Da der Heizwärmebedarf heutiger Neubauten aber gegenüber 2009 drastisch gesunken ist, sind diese 15 Prozent aber mit viel weniger Kollektorfläche zu schaffen, als das GEG vermuten lässt.

Für Neubauten schreibt das GEG bei Nutzung solarthermischer Anlagen einen Mindestanteil am Wärme- und Kälteenergiebedarf von mindestens 15 Prozent vor (§ 35). Um den Nachweis zu vereinfachen, macht das GEG in seinem Anhang gleich eine Vorgabe für eine entsprechende Kollektorfläche:

Der Mindestanteil gilt als erfüllt, wenn bei Wohngebäuden mit höchstens zwei Wohnungen solarthermische Anlagen mit einer Fläche von mindestens 0,04 Quadratmetern Aperturfläche je Quadratmeter Nutzfläche installiert und betrieben werden, bei Mehrfamilienhäusern sind es 0,03 m² Aperturfläche je Quadratmeter Gebäudenutzfläche. Mit diesen Flächenvorgaben soll es nach Wunsch des Gesetzgebers möglich sein, mit einer einfachen Warmwasser-Solaranlage (ohne Heizungunterstützung!) die Anforderung des EEWärmeG zu erfüllen.

Die Gebäudenutzfläche ergibt sich aus dem beheizten Volumen des Wohngebäudes und ist deutlich größer als die Wohnfläche. Die eigentlich als Minimallösung gedachte Anforderung des GEG führt daher zu relativ großen Kollektorflächen, bei 250 m² Gebäudenutzfläche zum Beispiel 10 m² (Apertur). Die Bruttofläche ist je nach Konstruktion nochmals größer. Mit einer solchen Dimensionierung ist sie aber viel zu groß, um nur das Duschwasser damit zu erwärmen und vielleicht sogar größer, als die Platzverhältnisse auf dem Dach zulassen. Besser als gar keine Sonnenkollektoranlage ist aber eine Kollektoranlage mit etwas kleinerer Fläche allemal. Was tun, wenn tatsächlich nur eine Warmwasser-Solaranlage auf das Dach montiert werden soll?

Die erste Möglichkeit besteht darin, verschiedene Erfüllungsoptionen des GEG miteinander zu kombinieren. Im genannten Beispiel würden 5 m² Aperturfläche das Gesetz nur zu 50% erfüllen. Weitere 50% könnten z. B. über eine verstärkte Wärmedämmung oder eine zusätzliche PV-Anlage geleistet werden.

Die zweite Möglichkeit nutzt die Tatsache, dass in den Jahren seit Bestehen des EEWärmeG der Heizwärmebedarf der Neubauten drastisch gesunken ist. Unter normalen Voraussetzungen kann eine für die Warmwasserbereitung ausgelegte Solarthermieanlage diesen im Sommer zu 100 Prozent und im ganzjährigen Schnitt zu 60 Prozent decken. Als früher der Heizwärmebedarf noch drei Viertel des Gesamtwärmebedarfs ausmachte, waren diese 60 Prozent in der Gesamtbilanz nur 15 Prozent wert. Inzwischen hat sich das Verhältnis von Warmwasser- zu Heizwärmebedarf aber von 1:3 auf (meistens) 1:1 geändert.

Nach einem ordentlichen rechnerischen Nachweis und mit einem effizienten Sonnenkollektor kann der vom GEG geforderte Mindestanteil von 15 Prozent Solarwärme also problemlos auch für eine deutlich kleinere Kollektorfläche nachgewiesen werden. Dafür eignet sich das Solarsimu-EnEV-Verfahren, mit dem auch die 50 Prozent Mindestanforderung für Solaraktivhäuser (BAFA Innovationsförderung!) gerechnet wird. Allerdings müssen Nachweise für das GEG über einen Energieberater geleistet werden.

Meine persönliche Empfehlung ist, bei der Dimensionierung der Solarthermieanlage nicht stumpf der Quadratmetervorgabe des GEG zu folgen, sondern sich an der Standard-Kollektorfläche nach DIN 4701-10 (Kollektorfläche = 0,09 m² x Gebäudenutzfläche hoch 0,8) zu orientieren.

Bei guter Südausrichtung und erst recht, wenn das Gebäude mit fossilem Erdgas oder Heizöl beheizt wird, sollte der Anteil der Solarwärme aber (deutlich über das GEG hinausgehend!) wenigstens 30 Prozent erreichen. Wie groß dafür der Kollektor sein muss, und ob die Solarwärme auch für die Heizung genutzt werden sollte, hängt von der Flächeneffizienz des Sonnenkollektors und vom Verhältnis von Warmwasser- zu Heizwärmebedarf des konkreten Projekts ab.

Nicht jeder Quadratmeter mehr, sondern jede Kilowattstunde mehr aus einer Sonnenkollektorfläche auf dem eigenen Dach ist gut für Klimaschutz und Energiewende!

Photovoltaik und Solarthermie bündeln

Der Arbeitskreis Energie und Mobilität der Agenda 21 in Sauerlach organisiert zusammen mit der Energieagentur Ebersberg – München eine Bündelaktion für Photovoltaik in der Gemeinde Sauerlach. Das vereinfacht es den interessierten Bürgerinnen und Bürgern, eine PV-Anlage installieren zu lassen, was ein ökologisch und ökonomisch sinnvoller Beitrag für eine klimafreundliche Zukunft ist.

Eine 4 kW Photovoltaikanlage auf dem Dach hilft, jährlich rund 2 Tonnen CO2-Emissionen zu vermeiden (bei rund 500 g CO2/kWh im deutschen Strommix). Dieselbe Menge CO2 kann aber auch eingespart werden, wenn eine Heizungsanlage nur 700 Liter Heizöl weniger verbrennt. Daher ist es gut, dass die Bundesregierung mit der neuen Förderung von Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt hohe Zuschüsse (bis zu 45 Prozent!) für die Stillegung von Ölkesseln und für die Installation von Solarthermieanlagen, Wärmepumpen und Holzkesseln zahlt.

Eine Photovoltaikanlage, die das gesamte Dach belegt oder alle verfügbaren finanziellen Mittel in Anspruch nimmt, ist also nicht unbedingt die optimale Lösung, weder im Sinne einer klimafreundlichen Energieversorgung, noch hinsichtlich der Ausnutzung verfügbarer Zuschüsse. Daher empfehle ich dringend, die Nutzung von Photovoltaik, Sonnenkollektoren und erneuerbaren Energien wie Holzpellets gebündelt in einem Gesamtkonzept zu planen.

Eine neutrale Beratung klärt diese drei Fragen:

Ist die Heizungstechnik im Haus auf einem Stand, dass die Photovoltaik die beste Möglichkeit ist, noch mehr Kosten und Umweltbelastung zu sparen – oder muss eine Sanierung der Heizung an erster Stelle stehen?
Welchen Nutzen bringt es, auf einem Teil der Dachflächen Sonnenkollektoren zu installieren?
Wieviel Solarstrom können die PV-Module liefern, falls sie sinnvollerweise für die Solarthermie etwas Platz lassen?

Es braucht kein großes Dach für viel Wärme aus Sonnenkollektoren

Ich arbeite im Vertrieb für Produkte zum Heizen mit Erneuerbaren Energien und darf daher formal nicht in Anspruch nehmen, neutral zu beraten. Aber zu den genannten Fragen erhalten Sie von mir auf alle Fälle eine kompetente und ehrliche Beratung. Rufen Sie mich an (669904) oder schreiben Sie mir eine E-Mail (info@ahornsolar.de)! Unter Sauerlachern ist eine schnelle Terminvereinbarung für ein Gespräch vor Ort kein Problem.