Solarthermie – Funktionsweise & Technik von Solarheizungen

Thermische Solaranlagen wandeln Sonnenenergie in Wärmeenergie um. Diese kann beispielsweise für die Bereitung von warmem Wasser, zum Heizen von Räumen oder Schwimm­becken genutzt werden. Thermische Solaranlagen werden auch als "Sonnenkollektoranlage" oder "Solarheizung" bezeichnet. Wir vermitteln Ihnen gerne eine kostenlose Beratung vor Ort, falls Sie sich für eine Solarthermieanlage interessieren.

Eine thermische Solaranlage besteht aus folgenden Komponenten:

Solarkollektoren. Die Kollektoren werden auf dem Hausdach befestigt. Sie wandeln die Strahlung der Sonne in Wärme um und übertragen diese auf ein Wärmeträgermedium, die Solarflüssigkeit. Warmwasser-Solaranlagen erfordern meist eine Kollektorfläche von 3 bis 7 Quadratmetern, während sich eine heizungsunterstützende Anlage eine Dachfläche von durchschnittlich 7 bis 15 Quadratmetern genehmigt. Wie groß der Solarertrag ausfällt, hängt nicht vor den Kollektoren ab. Auch Dachausrichtung und Dachneigung spielen eine wichtige Rolle.

Solarregler. Die Steuerungseinheit und das Gehirn der Solarheizung. Der Solarregler erkennt, wenn der Speicher nicht voll geladen ist und setzt bei Bedarf die Solarpumpe in Gang, um die Wärme vom Dach in den Speicher zu transportieren. Ist der Wärmebedarf gedeckt, schaltet er die Pumpe wieder aus. Der Regler übernimmt auch weitere Zusatzfunktionen wie eine Urlaubsschaltung, die Drehzahlregelung oder eine Legionellenschaltung. Die Reglerkomponenten inklusive Pumpe und weiteren Komponenten wie Sicherheitsventilen fasst man gelegentlich in einer Solarstation zusammen.

Wärmetauscher: Der Solarwärmetauscher überträgt Energie von einem Wärmeträgermedium auf ein anderes. So gelangt die Wärme aus dem Solarkreislauf in den Speicher, ohne dass sich die beiden Flüssigkeiten vermischen müssen. Ein Solarwärmetauscher kann außen am Speicher oder intern installiert werden.

Der interne Solarwärmetauscher: Bei einer Solaranlage für Warmwasser eignen sich besonders Glattrohr-Wärmetauscher und Rippenrohr-Solarwärmetauscher. Die Solarwärmetauscher sind direkt an den Wasserkreislauf des Hauses angeschlossen und benötigen daher keine internen Wasserspeicher. In Gebieten, in denen das Wasser stark kalkhaltig ist, eignen sich Glattrohr-Wärmetauscher. Im Gegensatz zum Rippenrohr-Wärmetauscher kann sich der Kalk nicht so stark absetzen und der Solarwärmetauscher ist somit wartungsfreundlicher.

Die Funktion der Rippenrohr-Wärmetauscher ist allerdings effektiver als die der Glattrohr-Wärmetauscher. Die Flüssigkeiten werden durch ein geripptes und verzinntes Kupferrohr geleitet, haben allerdings, bedingt durch den spiralförmigen Aufbau, einen niedrigeren Betriebsdruck und eine niedrigere Betriebstemperatur. Bei dieser Form der Solarwärmetauscher können auf kleinstem Raum große Wärmetauscherflächen untergebracht werden. Das Anbringen einer Anode beugt dem Korrossionsschutz vor.

Externe Solarwärmetauscher: Sie finden vor allem beim Schichtenspeicher einer Solarheizung Verwendung - ein sehr guter Speicher wenn man eine Solarheizung zur Heizungsunterstützung nutzt. Hier werden mehrere Wärmetauscher an verschiedenen Einspeisepunkten angebracht, um verschiedenen wärmehaltige Schichten im Speicher zu erzeugen. Dies reduziert insgesamt den Energiebedarf zur Nachheizung des Speichers beträchtlich.

Solarspeicher. Der Speicher ist ein zentrales Element der Solaranlage. Da eine thermische Solaranlage die Wärme meist dann bereitstellt, wenn sie nicht benötigt wird (zum Beispiel in den Mittagsstunden, wenn niemand oder nur wenige Personen im Haus sind), muss sie zwischengelagert werden, bis sie gebraucht wird. Er sollte groß genug ausfallen, um auch für einen bewölkten Folgetag noch genügend Wärme vorrätig halten zu können. An diesen Speicher wird auch das Hauptheizsystem angebunden.

Das Hauptheizsystem ist bei praktisch allen thermischen Solaranlagen erforderlich. Eine Solarwärmeanlage leistet ihren größten Ertrag in den sonnenreichen Monaten. Allerdings ist der Heizwärmebedarf zu dieser Zeit am geringsten. In den kälteren Monaten deckt die thermische Solaranlage nur einen kleinen Teil des Energiebedarfes (siehe: Solarthermie im Winter). Deshalb muss ein Heizkessel einspringen, um die Hauptlast zu übernehmen. Es kommt also auf eine passgerechte Anlagenplanung an (im dortigen Text finden Sie eine Grafik, welche Ertrag und Bedarf gut gegenüberstellt), um den Wirkungsgrad von Solarthermie zu maximieren.

Der Ausgleichsbehälter / das Ausdehnungsgefäß. Es gleicht Änderungen an Druck und Volumen innerhalb des Solarkreislaufes aus und vermeidet Schäden an der Verrohrung oder anderen Komponenten.

Solarflüssigkeit. Dies ist meist eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel, welche durch die Solarpumpe zwischen Kollektor und dem Speicher für Warmwasser bewegt wird. Es nimmt die Wärme an den Kollektoren auf und gibt sie über einen Wärmetauscher an den Speicher ab, um dann wieder zu den Kollektoren gepumpt zu werden.

Weitere Informationen zur Technik und Funktionsweise von Solarthermie lesen Sie in unseren Berichten zu Solarthermie & Heizungsunterstützung und Solarthermie & Warmwasser.