Solarstrahlung & Solarthermieanlagen

9. November 2020

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 erstellt von:

Thorben Frahm, Redakteur www.Solaranlagen-Portal.com

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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, http://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.

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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.

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

Kann ich eine Solaranlage ganz für mich betreiben, wenn ich eine Eigentumswohnung habe?

Kann ich eine Solaranlage ganz für mich betreiben, wenn ich eine Eigentumswohnung und kein Eigenheim habe? Und wenn, würde dazu das Satteldach von 4m Breite und ca. 8m gemessen vom First bis zu Dachrinne reichen, wenn sich darunter meine Maisonette-Wohnung befindet?

Antwort von GEBA Wärme GmbH

Ja, grundsätzlich denkbar, wenn die anderen Eigentümer dem zustimmen.

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.

Vakuum Röhrenkollektor: Wasser wird nicht warm genug erhitzt

Wir haben seit 5 Jahren eine Solar Vakuumröhre HP65 für Warmwasser. Das Problem ist schon immer, dass das Wasser nie so richtig heiß geworden ist, wenn die Sonne nicht scheint. Aktuell erreicht das Wasser sogar nur noch eine Temperatur von etwa 40 Grad, die dann aber konstant bleibt. Was könnte da die Ursache sein ? Der Kessel wird noch mit Gas erhitzt bei zu wenig Sonne. Ist vielleicht der Fühler defekt?

Antwort von Rolf Schlechter Haustechnik GmbH

Also , keine Sonne kein Ertrag , wenn die Kollektoren nicht richtig ausgerichtet sind , geht der Wirkungsgrad in den Keller .
Des weiteren kann die Anlage auch falsch eingelitert sein , bzw. Fehler in der Installation vorliegen , bei starker Sonneneinstrahlung sollte die Anlage in jedem Fall höhere Temperaturen erzielen . Wartung und Pflege sind auch ein Faktor . Auch Solaranlagen müssen jährlich gewartet werden . Isolation der Verrohrung , kann auch eine Fehlerquelle darstellen . Unbedingt einen Fachmann kommen lassen .

Höhere Wirtschaftlichkeit bei Pelletheizung mit Photovoltaik als mit Solarthermie?

Ich habe ein Einfamilienhaus mit einer 30Jahre alten Gasheizung. Ich überlege nun, auf eine Pellet-Heizung umzusteigen. Nun habe ich gehört, dass die Kombination mit Photovoltaik wirtschaftlicher sei als die Kombination mit Solarthermie. Gibt es dazu Anhaltspunkte / Rechenmodelle? Welche Erfahren haben Sie gemacht?

Antwort von Energieberatung Stapff

Hallo,
warum stellen Sie sich die Frage, von Gas auf Pellets umzustellen?

Nichts gegen die Pelletheizung, aber die Umstellung wirft Fragen auf: Kaminanlage geeignet? Platz für Pelletheizkessel mit Pufferspeicher, Platz für Holzlager, Lkw-Anfahrt möglich (max. 30m Schlauchleitung möglichst wenig Bögen), Ascheräumen, Abstand Kaminmündung zum Nachbar (innerhalb 15m mind. 1m überragen), usw.

Solar als Zusatzenergie ist in Ordnung, übernimmt in erster Linie die Warmwasserbereitung im Sommer. Solarthermie kann nur dises, Photovoltaik erzeugt Strom zum Eigennutz, kann auch mit Heizpatrone in Pufferspeicher eingeführt werden.

Suchen Sie sich einen Energieberater, der sich wirklich mit Heizlast und Heiztechnik auskennt und stellen Sie die Systeme gegenüber:
Pellets, Pellets mit Solarthermie, Gas mit Solarthermie, PV, usw.
Ermitteln Sie Heizwärmebedarf, Warmwasserbedarf, Investitionskosten, Folgekosten
Nach wie vor sind fossile Brennstoffe nicht verboten.
Winterliche Grüße
Herbert Stapff

Neubau & EEWärmeG: Gasheizung und Solarthermie mit Heizungsunterstützung oder nur für Warmwasser

Ich plane, nächste Jahr mit meinem Neubau zu beginnen. Ich habe mich für eine Gasheizung entschieden. Nun meine Frage, muss ich laut Gesetz (EEWärmeG) eine Gasheizung mit Solarthermie + Heizungsunterstützung nehmen oder reicht es wenn ich eine Gasheizung mit Solarthermie für nur Warmwasser nehme?

Antwort von Buderus Deutschland

Laut EEWärmeG muss bei Neubauten ein bestimmter Mindestanteil des gesamten Wärmebedarfs mit erneuerbaren Energien erzeugt werden.(bei Solar sind es derzeit mindestens 15 Prozent)
Entscheidend ist der Jahresenergiebedarf des neuen Wohngebäudes (rechnerischer Nachweis durch EnEV2016 erforderlich). Hier sollten Sie sich an einen Energieberater oder Fachplaner wenden. Aus der Berechnung ist ersichtlich, wie hoch der Anteil ist und wie die Dimensionierung ausfällt.In vielen Fällen wird Solarthermie zur Warmwasser und Heizungsunterstützung eingebaut.

Probleme mit Reparatur einer Vitoladens 300-C

Meine Viessmann-Heizung Vitoladens 300-C 19,3kW Vitofl.300 (rlu-k) u. Vitronic 200 (kW6) mit Solarunterstützung wurde im Juni 2009 eingebaut. Seitdem habe ich jedes Jahr zu Beginn der Heizungsperiode im Oktober, nachdem die Heizungswartung gemacht wurde, Probleme, dass die Heizung hochfährt und aufheizt. Der Monteur kommt dann meistens 1 bis 3 Mal, tauscht meist die Düse aus oder reinigt sie, verändert die Einstellungen oder sonst was. Die Heizung fährt bis zur 1. Stufe hoch, blubbert zwei bis drei Mal, die Flamme geht aus und die Anlage kommt gar nicht bis zur zweiten Stufe. Dies passiert bis zu vier Mal und dann läuft die Heizung auf Störung. Morgens gehe ich als erstes in den Keller und schaue nach, läuft die Heizung oder steht sie auf Störung. Da ich die Ein- und Ausschaltzeiten für die ganze Woche programmiert habe, wiederholt sich das Spielchen auch am späten Nachmittag oder auch zwischendurch, da die Fußbodenheizung nach der Außensteuerung anspricht. Weil ich dieses Jahr nach der Wartung wieder die gleichen Probleme hatte, kam der Monteur, tauschte dann beim zweiten Mal die Ölpumpe ATE2V 45C 9355 6P 07 00 und die Ölschläuche für Vor- und Rücklauf aus. Es brachte aber auch nicht den gewünschten Erfolg. Der Seniorchef kam dazu und besprach sich in meiner Anwesenheit mit dem Monteur, dass sie bei manchen dieser Viessmann Anlagen das Originalflammrohr, die Dralleinrichtung und die Düse gegen ein Viessmann Flammrohr VC3 27 kW mit Dralleinrichtung 12/18 kW und Düse 0,40/80" LE austauschen mussten, damit die Heizung wieder problemlos lief. Sie bestellten gleich die Teile, da die Heizung auf Störung stand und nicht lief. Am nächsten Tag bauten sie die Teile ein, stellten die Heizung ein und bis jetzt läuft die Heizung plötzlich ohne Probleme. Laut Rechnung soll ich nun die eingebauten Teile bezahlen (nach 8 Jahren Probleme), da nach tel. Rücksprache mit dem Juniorchef das alte Flammrohr mit der Dralleinrichtung durchgeglüht sei und deshalb nicht mehr funktioniert. Ich habe die Teile noch bei mir, kann aber als Laie leider nicht feststellen, ob sie durchgeglüht oder noch in Takt sind. Können Sie mir bitte einen Tipp geben und kann das nach 8 Jahren bereits sein?

Antwort von Hümmer GmbH Heizungsbau - Sanitär

Ich würde um diese Frage zu beantworten mich mit der Fa. Viessmann in Verbindung setzen bzw. ihre Heizungsbauerfirma.

Was soll ich tun, wenn das Überdruckventil meiner Solaranlage anfängt zu schlagen?

Ich bin im Besitz eine Solaranlage für Warmwasser. Solarfläche: 4 qm mit einer Boilergrösse von 300 ltr. Durch die Sonneneinstrahlung zeigt die Ausgangstemperatur manchmal über 140°C an und das Überdruckventil fängt zu schlagen an. Die Kesseltemperatur bleibt konstant bei 60°C. Mein Monteur sagt, ich soll 2qm Solarfläche im Sommer abdecken, dann schlägt das Überdruckventil nicht mehr. Wie ist Ihre Meinung?

Antwort von Energietechnik Schoden

Der Fehler ist sehr wahrscheinlich ein zu geringer Durchfluss im Solarkreislauf. In der Solarstation sollte ein Durchflussmesser eingebaut sein, wo man auch den Durchfluss (L/min) einstellen kann. Bei neueren Systemen ist eine Solarsteuerung eingebaut, welche die Pumpe in Ihrer Drehzahl dem Delta T anpasst und somit verhindert, dass die Temperatur im Kollektor davon zieht. Zudem haben alle Solarsteuerungen einen Schutz, welcher die Solarpumpe bei einen Kollektortemperatur von über 125° abschaltet.
Natürlich sollte das Ausdehnungsgefäß den richtigen Vordruck (2,5bar) und auch die richtige größe haben (18L).
Durch die hohe Temperatur im Kollektor wird die Solarflüssigkeit Dampfförmig und der Druck im System steigt uber den Druck des Sicherheitsventils, welches dann öffnet und Solarflüssigkeit aus dem Kreislauf ablässt.

Beschattung einer Solaranlage

Unsere Solaranlage ist sehr groß und kann im Sommer die entstehende Wärme nicht bewältigen. Wir würden sie daher gerne beschatten wollen, aber es gibt keine Systeme auf dem Markt bzw habe ich noch keine gefunden. Können Sie da weiterhelfen?

Antwort von Heizung - Sanitär - Elektro Schmitten

Je schneller die Solaranlage den Pufferspeicher ( für Heizungsunterstützung ) oder den Brauchwasserspeicher erwärmt, desto höher der Komfort und die Ersparnis an notwendigen Energien.
Man hätte bei der Anschaffung der Anlage eventuell eine kleinere Wählen können.
Die Anlage dürfte aber nicht Überhitzen da die Regelung vorher die Umwälzpumpe abschalten sollte.
Ich hoffe Ihnen damit geholfen zu haben.
Mit freundlichem Gruß
Udo Schmitten

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