19. Juli 2023

Vielfältige Möglichkeiten für eine effiziente Wärmeversorgung
Das Wort Hybridheizung wurde lange Zeit als Synonym für die Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie verwendet. Grundsätzlich bezeichnet es allerdings lediglich die Kombination zweier Wärmequellen zu einem Gesamtsystem. Hierbei erweist sich auch die Verknüpfung von Wärmepumpe und Solarthermie als ökologische und effiziente Option.

Der Wärmemarkt wird in den kommenden Jahren einen grundlegenden Wandel erfahren. Einerseits hat die Abwendung von fossilen Energieträgern durch den Ukraine­konflikt einen weiteren Schub erfahren. Andererseits ist die Elektrifizierung des Wärmemarktes mittels Wärmepumpen bereits seit langem ein Ziel der deutschen Energiepolitik. Doch die Wärmepumpe hat ihre Schwächen, über die aktuell schwierige Verfügbarkeit hinaus. Im Altbau eingesetzt, muss sie im Winter hohe Vorlauftemperaturen liefern, was technisch zwar unproblematisch möglich ist, aber deutlich zu Lasten der Arbeitszahl geht. Auch bei Wärmepumpen bieten sich daher Kombinationslösungen an. Zum einen die Kombination mit einem Gas- oder Pelletkessel, zum anderen mit einer PV-Anlage. Gleichwohl hat auch die Kombination mit einer solarthermischen Anlage Vorteile, gleichermaßen aus der Perspektive der Wirtschaftlichkeit und des Klimaschutzes.

Effizienten Leistungsbereich erhalten
Wie bei der bereits bewährten Kombination aus Solarthermie und Brennwerttechnik hat die solarthermische Anlage in neuer Kombination die Aufgabe von Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung. Im Sommer und in der Übergangszeit kann die Solarthermieanlage einen Teil des Energiebedarfs für Heizung und Warmwasser liefern – vorausgesetzt, sie ist ausreichend groß dimensioniert. Als Faustformel empfiehlt Hersteller Paradigma für die Berechnung der Mindestgröße der Kollektorfläche zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung die zweifache Personenzahl des Haushalts plus eins. Für einen Vier-Personen-Haushalt lautet die Rechnung somit: 2 x 4 + 1. Die empfohlene Mindestkollektorfläche liegt entsprechend bei 9 m². Da die Paradigma-Röhrenkollektoren kein Problem mit Energieüberschüssen oder thermischer Stagnation im Sommer haben, gilt die Regel: Je größer, desto besser, um die Unterstützung der Heizung so effektiv wie möglich zu gestalten. Nicht empfehlenswert ist hingegen die reine solare Trinkwassererwärmung, weil dadurch viel Potenzial, das Solarthermie für die Wärmeversorgung eines Hauses aufweist, verschenkt würde.
Die Kollektorfläche ist dabei nur die eine Seite der Medaille. Die andere ist die Speicherung der erzeugten Wärme. Die Empfehlung zur Bemessung der Speichergröße liegt bei 80 l/ m² Kollektorfläche. In dem Beispiel der 9 m² großen Anlage liegt die empfohlene Speichergröße somit bei 720 l. Für die Warmwasserbereitung empfiehlt sich eine Frischwasserstation. Der Vorteil: Da kein warmes Wasser vorgehalten, sondern das Wasser im Durchflussprinzip erwärmt wird, minimiert sich das Risiko der Vermehrung von Krankheitserregern wie Legionellen im System.

Nutzbare Erträge an kalten Wintertagen
Die „CPC“-Vakuumröhrenkollektoren des „Aquasolar“-Systems von Paradigma sind so aufgebaut, dass sie selbst bei wolkenverhangenem Himmel und diffusem Licht solare Erträge erzielen können. Parabolspiegel fangen die Sonnenstrahlen ein und lenken sie auf die Vakuumröhren, in denen sie reines Wasser als Wärmeträger erhitzen. Bei einer Messung aus dem Jahr 2017 konnten zwei Röhrenkollektoren mit einer Bruttokollektorfläche von 9,82 m² an einem sonnigen Wintertag beispielsweise noch einen nutzbaren Wärmeertrag von 20 Kilowattstunden (kWh) erbringen. Dabei wurde die für den Frostschutz notwendige Energie bereits abgezogen.
Auch für die Warmwasserbereitung zahlt sich die solare Wärme aus. Im Gegensatz zur Heizwärme sind hier oftmals höhere Temperaturen erforderlich. Blicken wir noch einmal auf den Solarertrag von
20 kWh an besagtem Wintertag und den durchschnittlichen Energiebedarf zur Warmwasserbereitung eines Vier-Personen-Haushalts für einen Tag, wird der Vorteil durch Solarthermie deutlich: Vier Personen verbrauchen im Schnitt 160 l warmes Wasser am Tag. Für die Erwärmung von einem Liter Wasser um 35 Kel­vin werden 0,041 kWh Ener­gie benötigt. Auf das Volumen von 160 l umgelegt, sind für den Vier-Personen-Haushalt demnach rechnerisch 6,5 kWh Energie nötig. Hinzu kommen noch Zirkulations- und Bereitschaftsverluste, die durchaus eine ähnliche Größenordnung annehmen können. Dennoch ist die beispielhafte Solarthermieanlage an einem schönen Wintertag durchaus in der Lage, die komplette Warmwasserbereitung inklusive deren Verluste abzudecken und zusätzlich noch einen Beitrag zur Raumheizung zu leisten. Die solare Einstrahlung reicht im Winter also nicht aus, den gesamten Wärmebedarf eines Hauses zu decken, allerdings leistet sie an den sonnigen Tagen in der Übergangszeit und den Wintermonaten eine wertvolle Unterstützung. Diese ist umso größer, wenn der Wärmebedarf der Immobilie niedrig und das Heizsystem auf entsprechend niedrige Vorlauftemperaturen ausgelegt ist.

www.paradigma.de
ritter-energie.de

Praxisbeispiel: Das Naturfreunde-Haus Bodensee
Die Naturfreunde sind eine internationale Umwelt-, Kultur-, Freizeit- und Touristikorganisation, die in 21 Ländern aktiv ist und rund eine halbe Million Mitglieder hat. In Deutschland betreibt sie mit dem Naturfreunde Haus Bodensee ein Gäste­haus. Das Areal umfasst das Haupt- und ein Bootshaus und beinhaltet neben Gästezimmern ein Restaurant und eine Eventlocation. Die zu beheizende Fläche beträgt 700 m2. Die Heizwärme wurde ursprünglich mittels einer Gasheizung in Kombination mit einer Solarthermieanlage erzeugt. 2022 wurde das Heizsystem modernisiert. Seither decken zwei Wärmepumpen die Heizungsgrundlast. Sie werden von acht Paradigma-Solarkollektoren unterstützt. Für Spitzenlasten ist zusätzlich ein Erdgas-Brennwertkessel installiert. Zum System gehören außerdem drei Pufferspeicher mit je 800 l Inhalt (verbaut in Reihenschaltung) sowie zur Trinkwassererwärmung eine Kaskade bestehend aus drei Frischwasserstationen.

Das „AquaSolar“ -System von Paradigma: Wasser als Wärmeträger
Paradigma nutzt in seinem „AquaSolar“-System reines Wasser als Wärmeträger. Dadurch lassen sich die Solarkollektoren leicht in bestehende Heizungsanlagen einbinden. Es ist kein zusätzlicher Heizkreislauf für die Solaranlage notwendig, sodass in vielen Fällen auch der bisherige Speicher weitergenutzt werden kann. Bei den „CPC“-Röhrenkollektoren sind Vakuumglasröhren über Parabolspiegeln platziert. Die Spiegel lenken die Sonnenstrahlen immer direkt auf die Glasröhren. So sind auch bei bedecktem Himmel und diffusem Licht hohe Wärmeerträge möglich.
Das „AquaSolar“-System arbeitet zudem nach dem Eimer-Prinzip: Der Kollektor heizt sich auf, dann wird das komplette heiße Wasser gegen kälteres Wasser ausgetauscht. Dies erzielt einen höheren Solarertrag als ein durchgehendes Durchfließen der Kollektoren, sagt Paradigma.