Solarstrahlung & Solarthermieanlagen

Eine thermische Solaranlage ist ebenso wie eine Photovoltaikanlage auf möglichst viel Sonneneinstrahlung angewiesen, wenn sie einen guten Wärmeertrag liefern soll. Doch auf dem Weg von unserem Zentralgestirn bis zum Solarkollektor auf dem Dach bleibt viel Energie auf der Strecke oder sucht sich einen anderen Pfad. Hier finden Sie eine Definition der relevanten Begriffe und eine Kurzübersicht, welche Faktoren neben der Solarstrahlung weiteren Einfluss auf den Ertrag einer Solarthermieanlage ausüben.
Dieser Artikel wurde von
Thorben Frahm für www.Solaranlagen-Portal.com verfasst.
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SolarthermieAnschaffungSolarstrahlung

Solarstrahlung, Globalstrahlung 2014 und Solarthermieanlagen

Die Solarstrahlung ist die gesamte Strahlung, die von der Sonne ausgesandt wird. Auf dem Weg durch die Erdatmosphäre geht jedoch einiges an Energie durch Reflexion (z.B. durch Wolken), Absorption oder Streuung für die Nutzung durch Solaranlagen verloren. Den vergleichsweise festen Anteil an Solarstrahlung, welcher die Erde erreicht, nennt man Solarkonstante (E0). Der Mittelwert beträgt außerhalb der Erdatmosphäre 1367 Watt pro Quadratmeter. Da der Abstand zwischen Erde und Sonne sich im Jahresverlauf vergrößert oder verringert, trifft entsprechend mehr oder weniger Energie auf den Planeten. Die Solarkonstante bewegt sich in einem Bereich zwischen E0=1325 W/m2 und E0=1420 W/m2.

Den Anteil der Solarstrahlung, der schlussendlich an der Oberfläche auftrifft, bezeichnet man als Globalstrahlung. Diese Strahlung unterteilt sich noch einmal in direkte Strahlung, indirekte Strahlung und diffuse Strahlung. Letztere bezeichnet Solarstrahlung, die z.B. nach einer Brechung, Streuung oder Reflexion auf einen bestimmten Punkt trifft. Dass die diffuse Strahlung in Deutschland durchaus weit mehr als die Hälfte der Globalstrahlung ausmachen kann, erklärt, warum Solarthermieanlagen auch an bewölkten Tagen noch Ertrag bringen, wenngleich eingeschränkt. Die Globalstrahlung fällt regional sehr unterschiedlich aus. In Deutschland schwankt dieses Strahlungsangebot und der Jahreseintrag liegt zwischen 900 und 1200 Kilowattstunden je Quadratmeter und Jahr ( kWh/m2a ). Das ergibt eine durchschnittliche Bestrahlungsstärke von 100 - 135 W/m2.

Die folgende Karte Deutschen Wetterdienstes (DWD) zeigt die Globalstrahlung in Deutschland für das Jahr 2014. Vor allem der Süden und Südosten Deutschlands genießt eine vergleichsweise hohe Solarstrahlung:

Die folgende Karte verdeutlicht, wie groß der Unterschied in der einfallenden Globalstrahlung zwischen Deutschland und anderen, insbesondere südeuropäischen Ländern wie Italien oder Spanien, ausfällt. Dort liegen die Werte durchaus bei 1600 (Italien) und 2000 kWh/m2a (Spanien) bei einer Einstrahlung von 230 W/m2 und mehr.

Grafik: PVGIS © European Communities, 2001-2008, Šúri M., Huld T.A., Dunlop E.D. Ossenbrink H.A., 2007. Potential of solar electricity generation in the European Union member states and candidate countries. Solar Energy, 81, 1295–1305, https://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/.

Daraus abzuleiten, dass sich Solarenergie in Deutschland nicht rechnet - ein Vorwurf, der des Öfteren erhoben wird - greift jedoch zu kurz.

So kostet eine Kilowattstunde Strom aus einer hauseigenen Photovoltaikanlage für eine durchschnittliche Anlage zwischen 13 und 15 Cent pro Kilowattstunde an Stromgestehungskosten. Das liegt deutlich unter dem Preis, den man derzeit (Stand August 2015 circa 29 Cent pro Kilowattstunde) für Haushaltsstrom bezahlen darf. Das setzt allerdings einen großen Eigenverbrauch voraus, wenn man eine gute Rendite erwirtschaften möchte, denn die Einspeisevergütung für Solarstrom liegt derzeit auf einem ganz ähnlichen Niveau. In diese Rechnung sollten allerdings weitere Faktoren einfließen. Dazu zählt: die Unabhängigkeit von bestimmten Rohstoffimporten und -Lieferanten, dass Solarenergie für unser individuelles Zeitverständnis unbegrenzt verfügbar ist und die emissionsarme Bereitstellung der Energie. Unser Solarrechner hilft Ihnen bei der Berechnung einer Photovoltaikanlage.

Bei der Solarthermie liegt die Sachlage ein wenig anders, da man hier keine Einspeisevergütung erhält und die Wärme, von einigen Nah- oder Fernwärmenetzen abgesehen, nur für den Eigenverbrauch bestimmt ist. Außerdem haben Warmwasser- und Kombianlagen jeweils eigene Anfoderungen, Investitionskosten und Erträge. Jedoch ist nach Berechnungen des BSW-Solar (Quelle) unter Einbeziehung der spezifischen Wärmekosten durchaus bereits konkurrenzfähig, wenn die Anlage korrekt geplant ist (der Betrag, eingerechnet der Kosten für Anschaffung, Installation und Folgekosten, schwankt laut Quelle zwischen 8 und 15 ct/kWh. Die Gasheizung liegt selbst auch bei 15 ct/kWh). Mehr dazu erfahren Sie in unserem Artikel zur Wirtschaftlichkeit von Solarthermieanlagen (folgt in Kürze). Gerade bei steigenden Brennstoffkosten wird sich die Wirtschaftlichkeit einer Solarthermieanlage stetig verbessern. Dazu gesellen sich die Umweltvorteile aus dem vorigen Absatz.

Weitere anlagenbedingte Wärmeverluste zwischen Sonne und Speicher

Damit die Solarkollektoren einer thermischen Solaranlage die Solarstrahlung möglichst effektiv auffangen, sind die Dachausrichtung und die Dachneigung wichtige Faktoren in der Wirtschaftlichkeitsberechnung einer Solarthermieanlage. Geneigte Flächen erhalten einen geringeren Strahlungsanteil. Prinzipiell ist eine Dachfläche mit südlicher Ausrichtung und eine Dachneigung von mehr als 15 Grad, idealerweise zwischen 30 bis 50 / 45 bis 70 Grad, am besten (abhängig vom Typ der Solarthermieanlage).

Die Strahlung trifft nun im Falle einer Solarthermieanlage auf den Solarkollektor und erwärmt diesen. Wie viel von der Globalstrahlung dann in nutzbare Wärme umgewandelt wird, hängt vom Kollektorwirkungsgrad ab. Dieser schließt weitere Wärmeverluste wie Reflexionen durch die Kollektorabdeckung, Reflexion oder Transmission mit ein. Weitere Verluste an Wärme können dann noch im Solarkreislauf auf dem Weg zum Speicher und im Solarspeicher selbst auftreten, falls er nur unzureichend gedämmt ist.

Fachbetriebe für Solarthermie helfen Ihnen gern bei allen Fragen rund um Solarstrahlung, Anlagenplanung und Wirtschaftlichkeitsberechnung. Auch im Bereich Grundlagen der Solarthermie finden Sie weiterführende Informationen.

Weiterlesen zum Thema "Montage"

Erfahrungen & Fragen zum Thema Solarthermie

Bei Neubau: Gas-Brennwertheizung vs. Luftwärmepumpe?

Wir planen ein Fertighaus - und haben hier die Wahl seitens des Bauträgers zwischen einer Gas-Brennwert Heizung und einer Luft-Wärmepumpe (eine Erdwärmepumpe steht nicht zur Verfügung). Der Gasanschluss kostet ungefähr 400 Euro. Bei den Luftwärmepumpen sind die Mehrkosten etwa 10.000 Euro im Vergleich zur Gasheizung. Angeboten wird hier eine Nibe F2040 oder einer Nibe F2120. Was macht hier am meisten Sinn, um zukünftig auf der sicheren Seite zu sein? Mein Kopf sagt, dass sich der Mehrpreis für eine Luftwärmepumpe beim aktuellen Gaspreis nicht lohnt. Zudem kann man für den Mehrpreis ja auch eine Solarthermie oder Photovoltaikanlage installieren (oder zumindest teilweise auch schon vorbereiten). Allerdings hat meine Frau auch widerrum Vorbehalte gegen die Sicherheit einer Gasheizung (wegen Gasaustritt) - wobei ich nicht weiß, ob das bei neuen / aktuellen Gasheizungen noch ein Thema ist. Was würden Sie hier empfehlen?
Antwort von LKS SARL

Ich würde raten weder noch! Sie haben schon bei der Solarthermie einen vernünftigen Gedanken, warum nicht direkt auf Pellets hinaus gehen: wir haben das schon fast 20 Jahre: Komfort hervorragend, heimische Energie, bezahlbare wenig schwankbare Kosten und Gebäude Wertzunahme.

Anforderungen der EnEV 2016: Erdgasheizung mit einer Photovoltaikanlage möglich?

Wir sind zur Zeit auf der Suche nach der vernünftigsten Heizungsanlage für unseren Neubau. Nach langer Eigenrecherche stellt sich uns die Frage, ob eine Kombination aus einer Erdgasheizung mit einer Photovoltaikanlage die EnEV 2016 Anforderungen erfüllen kann und wirtschaftlich (vor dem Hintergrund von Investitionskosten) sinnvoll ist. Können Sie uns diesbezüglich weiterhelfen? Unsere Verunsicherung rührt daher, dass die meisten Foren, Tabellen oder Informationsportale lediglich die Kombination aus Erdgasheizung plus Solarthermie oder Luftwärmepumpe plus Photovoltaik vorzuschlagen scheinen. Was würde aus Ihrer Sicht dafür oder dagegen sprechen?
Antwort von Elsner Architekten

Aus meiner Sicht sind das zwei unabhängige Maßnahmen: Die Gasheizung verbraucht kaum Strom (nur zum Zünden und für Pumpen und Stellventile) und kann direkt mit dem Strom, den eine Photovoltaikanlage liefert, nicht viel anfangen. Und die Photovoltaikanlage liefert eben Strom, mal viel, mal wenig. Wenn sie groß genug ist, reicht es vielleicht für eine überwiegende Abdeckung Ihres Stromverbrauchs, und für einige Einspeisung ins Versorgungsnetz. Das hat aber keine Auswirkung auf die Heizung.

Die Kombination von Gasheizung mit Solarthermie führt hingegen zu einer Erhitzung eines Wasservolumens, das als Brauchwarmwasser genutzt werden kann, oder als Puffer für Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung. Hierdurch sinkt direkt der Gasverbrauch. Natürlich kann man auch Gasheizung und Solarthermie einrichten und zusätzlich einige Photovoltaikzellen installieren.

Die Kombination Solarthermie + Wärmepumpe ist zweckmäßig, da die Wärmepumpe ein vergleichsweise großer Stromverbraucher ist, dessen Verbrauch durch die Photovoltaik weitgehend abgedeckt werden kann.

Ob das, was Sie vorhaben, der EnEV 2016 entspricht, hängt noch an einigen weiteren Parametern, und müsste im konkreten Einzelfall beurteilt werden.

Wird ein Grundofen im Primärenergiebedarf mit eingerechnet?

Können Sie mir sagen, ob ein Grundofen im Primärenergiebedarf mit eingerechnet wird? Wir planen zwei Vollgeschosse ohne Keller, Massiv mit Planziegel T9 in 36,5cm Stärke. Ausrichtung ist SW, d.h. es sind 10 von insgesamt 14 Fenster nach Süden und Westen ausgerichtet. Am liebsten wäre mir eine Gasheizung mit Solarthermie für Warmwasser und der Grundofen ohne Wassertasche für die winterliche Gemütlichkeit. Sollte das überhaupt nicht funktionieren (ohne Solar für Heizung und ohne Lüftungsanlage), könnte/ müsste ich mich mit einer Luftwärmepumpe anfreunden.
Antwort von Energieberatung Stapff

Viele gute Antworten, aber leider liegen einige KollegenInnen etwas daneben.

Wenn für das gleiche Wohngeschoss eine weitere Zentralheizung vorhanden ist, darf der handbeschickte Ofen nicht EnEV-angerechnet werden. Ist der Ofen aber Hauptheizung (Zentralheizung) für dieses Wohngeschoss, ist er natürlich anrechenbar. Es war nie verboten (auch von der EnEV nicht), als Heizung Einzelöfen für Biomasse einzusetzen.

Grundsätzlich ist ein Grundofen zu empfehlen, wenn Sie im Dauerbetrieb heizen können. Abends schnell mal einheizen geht damit nicht, da braucht es einen Kaminofen ohne Speichermasse.
Ein wasserführender Grundofen kann nicht sicher funktionieren, deshalb bietet der seriöse Fachhandel auch keinen an.

Gastherme und Solar für WW ist nach wie vor die preiswerteste Heizenergielösung. Ein bisschen mehr Dämmung dazu, dann ist der nachweis Erneuerbare Energie geführt. Ich kenne kein Bauamt, das nach diesem Nachweis fragt.
Bauherren fragen meist nach pragmatischen Lösungen, nicht nach realitätsfremden Vorschriften.

Winterliche Grüße
www.energie-wuerzburg.de

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