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Solarkollektoren, Solarspeicher, Solarflüssigkeit: Der Aufbau der Solarthermieanlage

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Die Solarenergie ist bereits seit Jahren allgegenwärtig: Auf Ein- oder Mehrfamilienhäuserdächern, Sport- und Lagerhallen. Die Solarkollektoren für die Erzeugung elektrischer Energie und die Solarthermie-Kollektoren für die Erzeugung von Heizwärme und Warmwasser unterscheiden sich äußerlich auf den ersten Blick kaum voneinander.
Dennoch ist der Aufbau der Solaranlage jeweils ein ganz anderer. Dies fängt bereits bei der Größe an: So wird für Solarkollektoren zur Stromerzeugung, also für Photovoltaik-Anlagen, weitaus mehr Dachfläche benötigt als für die Solarkollektoren für Warmwasser und Heizung.

Unterschiede im Aufbau: Solaranlage ist nicht gleich Solaranlage

Solaranlagen unterscheiden sich grundlegend im Aufbau. Solaranlagen unterscheiden sich nämlich, wie bereits erwähnt, bereits bei der Zahl der benötigten Solarkollektoren. Während für die Stromerzeugung mit Solarkollektoren meist das gesamte Hausdach mit den Sonnenkollektoren ausgestattet wird, richtet sich der Umfang der Solarkollektoren für Warmwasser nach der Anzahl der im Haushalt lebenden Personen und der Wohnfläche:


Solarthermie zur Trinkwassererwärmung:

Anzahl Per­sonen Warm­wasserbedarf 60 °C Speicher­volu­men Flach­kollek­toren Vakuum­kollek­toren
2-4 60-120 l 300 l 5 m² 3 m²
5-6 150-180 l 400 l 5 m² – 7,5 m² 4 m²
8-10 240-300 l 500 l 7,5 – 10 m² 6 m²
12-15 360-450 l 500 l 10 m² 8-9 m²

Solarthermie zur Heizungs­unterstützung:

Anzahl Per­sonen Warm­wasserbedarf 60 °C Speicher­volu­men Flach­kollek­toren Vakuum­kollek­toren
2-4 60-120 l 750 l 10 m² 6 m²
5-6 150-180 l 750 / 1000 l 10 m² 8 m²
7-8 210-240 l 1000 l 15 m² 9 m²

Wer sich beim Aufbau einer Solaranlage die Möglichkeit offen lassen möchte, später weitere hinzuzubauen, um sowohl Strom als auch Wärme zu erzeugen, sollte dies in der Planung genau mit einem Fachmann besprechen. Gleiches gilt, wenn auf beide Systeme gleichzeitig gesetzt werden soll.
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Aufbau einer Solaranlage für Wärme

Eine Solaranlage für die Erzeugung von Heizwärme und Warmwasser besteht hauptsächlich aus zwei Teilen: Den Sonnenkollektoren auf dem Hausdach und einem Speicher, der dafür sorgt, dass die Wärme bei Bedarf abgegeben werden kann. Darüber hinaus beinhaltet der Aufbau der Solaranlage noch sogenannte Solarrohre, durch die die gewonnene Wärme meist mithilfe einer Solarflüssigkeit von dem Solarkollektor zum Solarspeicher geleitet wird.

Es gibt daneben auch Modelle, die statt der Flüssigkeit Luft als Wärmeträger nutzen. Hinzu kommen noch eine Pumpe, die für die Zirkulation sorgt und eine zentrale Steuerungseinheit für die Solarthermie-Anlage, der Solarregler. Unterschiede beim Aufbau der Solaranlage bestehen bei den Kollektoren, bei dem Wärmeträger und beim Speicher.
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Solarkollektor: Unterschiede bei den Sonnenkollektoren

Bei den Solarkollektoren für die Wärmegewinnung gibt es unterschiedliche Modelle. Neben dem bekannten Röhrenkollektor existieren noch Flachkollektoren und Luftkollektoren, wobei letztere im privaten Gebrauch kaum genutzt werden. Der Solar-Röhrenkollektor ist der leistungsstärkste Solarthermie-Kollektor. Aus diesem Grund kann bei der Nutzung des Röhrenkollektors eine geringere Fläche ausreichen. Jedoch sind Solar-Röhrenkollektoren auch ein wenig kostenintensiver in der Anschaffung als Flachkollektoren.

Der Solarthermie-Flachkollektor

Der Flach-Solarkollektor ist der meist genutzte seiner Art. Er besteht aus dem sogenannten Absorber, einer schwarzen Platte, die aus Kupfer oder aus Aluminium besteht. Auf der Oberfläche fängt der Solarkollektor die Sonnenenergie ein und wandelt diese um. Über den Wärmeträger wird die Wärme dann durch Rohre oder Kanäle weitertransportiert. Um den Wärmeverlust möglichst gering zu halten, ist der Absorber umhüllt von einem gut gedämmten Gehäuse.

Der Röhrenkollektor

Solar-Röhrenkollektoren ähneln den Flachkollektoren, zeichnen sich jedoch durch einen Effekt aus, der dem bei einer Thermoskanne gleicht: Luft aus dem Wassergemisch wird hier entfernt, sodass der Wärmeverlust möglichst gering gehalten werden kann. Dies ist der wesentliche Unterschied zu den Flachkollektoren, bei denen kleine Luftbläschen zu einem geringen Wärmeverlust auf dem Transportweg führen können. Somit wird mit dem Röhrenkollektor ein besonders hoher Wirkungsgrad erreicht, der den höheren Preis bedingt.
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Solarspeicher: Energieabgabe bei Bedarf

Gerade bei der Solarenergienutzung für die Warmwasserbereitung und Heizwärmeerzeugung wird die gewonnene Wärme für gewöhnlich nicht direkt genutzt. Aus diesem Grund beinhaltet der Aufbau einer Solaranlage auch einen Speicher. Hierbei gilt ebenfalls: Solarspeicher ist nicht gleich Solarspeicher.

Es existieren verschiedene Speichermöglichkeiten wie beispielsweise

Die meisten Speichermöglichkeiten sind miteinander kombinierbar, z.B. Schichtenkombispeicher.

Für die innere Beschichtung gibt es zwei Materialien:

Darüber hinaus sind Solarspeicher in verschiedenen Größen verfügbar. Grundsätzlich sollte der Speicher ein Fassvermögen haben, das rund 1,5- bis 2-mal so groß ist wie der tägliche Energiebedarf des Haushalts. Solarspeicher werden in der Regel bivalent betrieben, also mit zwei Wärmequellen (z.B. Solar und Gas), aber können durchaus mit weiteren Systemen kombiniert werden (z.B. Holz).

Pufferspeicher

Der Pufferspeicher sorgt dafür, dass die gewonnene Energie dann zur Verfügung steht, wenn sie tatsächlich benötigt wird. Zudem führt er die durch die Solarkollektoren gewonnene Energie mit der aus der klassischen Heizung zusammen. Hierfür werden in der Regel bivalente Speicher verwendet, die die Wärme über zwei getrennte Wärmetauscher aus den Systemen aufnehmen. Bei den Solar-Pufferspeichern haben sich die sogenannten Schichtenspeicher durchgesetzt. Bei ihnen wird das Wasser nach Temperatur in verschiedene Schichten übereinander aufgeteilt, um eine bestmögliche Energieverwendung zu gewährleisten.

Trinkwasserspeicher bzw. Brauchwasserspeicher

Der Trinkwasserspeicher ist ein Pufferspeicher, der ausschließlich zur Trinkwassererwärmung verwendet wird.

Kombispeicher

Der Solar-Kombispeicher kommt zum Einsatz, wenn die Solarkollektoren sowohl für die Warmwasserbereitung als auch für die Heizwärmeproduktion eingesetzt werden sollen. Hierbei handelt es sich um eine Kombination aus Pufferspeicher und Trinkwasserspeicher. Hier kann zum einen ein Tank-in-Tank-System verwendet werden oder aber ein Kombi-Hygiene-Speicher.

Hygienespeicher

Der Solar-Hygienespeicher dient der besonders hygienischen Brauchwasserbereitung. Es wird kein Trinkwasserspeicher in den Heizwasserspeicher eingelassen wie beim Tank-in-Tank-Speicher, sondern ein Wellrohr, welches von Trinkwasser durchflossen wird. Da nur eine geringe Menge Wasser im Rohr bevorratet wird, ist die Legionellenbildung unwahrscheinlich. Hygienischer ist nur ein Pufferpeicher mit Frischwasserstation.

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Solarkollektoren für größte Energieeinsparung

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