25 Feb 2022 Mit Solarthermie ganz ohne Brennstoffe zu nachhaltiger Wärme

Was genau ist Solarthermie, wie können wir sie einsetzen und was sind Chancen und Herausforderungen dieser Art der Sonnenenergienutzung? Diesen Fragen gehen wir nach und lassen in unserem Erklär-Blogbeitrag auch NATURSTROM-Kollegin Rebecca Schneider als Expertin zu Wort kommen.

Auf die Erdoberfläche trifft eine große Energiemenge an Sonnenstrahlung auf: Die Energie der Sonne ist mehr als zehntausendmal größer als der Energiebedarf der Menschheit! Das bedeutet, dass das Potenzial der Solarenergie größer ist als das aller anderen Erneuerbaren Energien zusammen. „In nur sechs Stunden trifft auf Wüsten, mehr Sonnenenergie als die Menschheit innerhalb eines Jahres verbraucht“, soll der Hamburger Physiker Gerhard Knies einmal gesagt haben.

Mittels Solarthermie lässt sich diese Sonnenkraft („Solar-“) nutzen, um Heizkörper oder Trinkwasser zu erwärmen („Thermie“: thermische, bzw. Wärmeenergie). Dafür kommen entweder Flachkollektoren- und Röhrenkollektoren-Solarthermie zum  Einsatz. Das Prinzip ist bei beiden gleich: Solarstrahlung trifft auf eine dunkle Fläche und wandelt die darunterliegende Flüssigkeit in Wärme um. Die Flachkollektoren bestehen aus einem schwarz beschichteten „Absorber“, der Sonneneinstrahlung aufnimmt und mit einer Flüssigkeit aus Wasser (und Frostschutzmittel) gefüllt ist. Bei der Röhrenkollektoren-Variante besteht die Solaranlage aus einzelnen Röhren, welche mit einer Flüssigkeit befüllt sind. Unabhängig von der Art der Energiegewinnung gibt diese Wärmeträgerflüssigkeit aus den Modulen dann die Wärme an einen Warmwasserspeicher ab. Wer mehr zu den Details wissen möchte, findet zum Beispiel hier eine gute Übersicht über die unterschiedlichen technischen Voraussetzungen.

Der Warmwasserspeicher ist mit das wichtigste Element einer Solarthermie-Anlage, denn logischerweise scheint die Sonne nicht immer. Daher nutzt man zusätzlich zum Speicher eine ergänzende Heizung. Pluspunkt: Mit Solarthermie spart man bis zu 60 Prozent der Warmwasserkosten und bis zu 30 Prozent der Heizkosten.

Solarthermie oder Photovoltaik?

Solarthermie ist also auch eine Art der Energiegewinnung aus der Sonne, was unterscheidet sie dann von der Photovoltaik? Die Technologien haben tatsächlich das gleiche Ausgangsprodukt – Sonnenstrahlung –, unterscheiden sich aber grundsätzlich in der Umwandlung: Photovoltaik erzeugt in den Modulen Elektrizität, solarthermisch betriebene Kollektoren hingegen erwärmen ein flüssiges Wärmeträgermittel. Das kann man sich ungefähr so vorstellen wie eine Treibhaus-Thermoskanne funktionieren würde: Sonnenstrahlen dringen ein, die Wärme wird im Inneren durch zwei Glasschichten und ein Vakuum konserviert. Die so „gefangene“ Wärme kann dann direkt für die Beheizung und Warmwasserbereitung von Gebäuden genutzt werden.

Mit Solarthermie können wir die Kraft der Sonne also für eine nachhaltige und emissionsfreie Wärmeversorgung nutzen. „Die Chance der Solarthermie liegt für mich darin, eine emissions- und rohstofffreie Wärmeversorgung zu ermöglichen, die keinen Strom und keine aufwändige Wartung braucht und sich gut mit anderen Energietechniken kombinieren lässt“, sagt unsere Expertin Rebecca Schneider. Sie ist Betriebsleiterin für Wärmeprojekte bei NATURSTROM.

Wie lässt sich Solarthermie nutzen?

Der Großteil der Solarthermie-Kollektoren ist auf Ein- oder Zweifamilienhäusern installiert, bei denen die Sonnenwärme dann direkt in das Heizsystem des Gebäudes fließt. Natürlich sind aber auch größere Anlagen denkbar, gerade Hotels oder andere Gewerbe, die viel Wärme brauchen, profitieren von dieser Technologie. Dabei wird die Energie dann vereinzelt auch nicht nur für Heizung und Warmwasser genutzt, sondern auch für den Wärmebedarf in industriellen Fertigungsstrukturen als so genannte solare Prozesswärme. Und die Nutzung der Sonne als Wärmequelle ist auch keineswegs nur auf Gebäudedächer beschränkt, sondern kann auch ähnlich wie bei der Solarstromgewinnung in Freiflächenanlagen erfolgen. Hier werden also Kollektorfelder auf unbebauten Flächen installiert, die dann natürlich viel größer sein können und entsprechend mehr Energie sammeln. Diese wird dann üblicherweise per Wärmenetz an Privathaushalte geliefert oder in Gewerbebetrieben genutzt. Da die Sonnenstrahlung in Deutschland nicht ganzjährig mit gleicher Intensität zur Verfügung steht, werden solche Projekte meist im Zusammenspiel mit anderen (erneuerbaren) Wärmeerzeugern errichtet – wie etwa bei unseren Nahwärmeprojekten in Moosach und Markt Erlbach.

Solarthermie in Kombination mit Holz

„Bei NATURSTROM kombinieren wir Solarthermie als eine Erzeugungsquelle in unseren Nahwärmenetzen oft mit Holz als klimaneutralen Brennstoff für kältere Tage. Die Sache ist die: Holz ist zwar ein nachwachsender Rohstoff, aber dennoch kostbar. Als grüner Energieversorger ist für uns daher wichtig, möglichst wenig Holz zu verheizen und gerade in den Sommermonaten weiterstgehend darauf zu verzichten“, erläutert Rebecca die Hintergründe solcher Erneuerbaren-Verzahnungen.

Mit einem solaren Deckungsgrad von 25 Prozent über das Jahr hinweg trägt die Solarthermie in unseren Nahwärmenetzen einen nicht unwesentlichen Teil zur Wärmeerzeugung bei und hilft, Holz, Kosten und bei der Verbrennung entstehende Emissionen zu sparen.

Ein Nachteil der Solarthermie: Eine Wärmeversorgung allein mit Solarthermie ist kaum möglich. Ein Pufferspeicher erlaubt zwar, die Sonnenenergie des Tages bis in die Nacht zu speichern, aber eine saisonale Speicherung, um sommerliche Überschüsse im Winter zu nutzen, ist damit nicht so einfach möglich. Dafür bräuchte es einen saisonalen Großwärmespeicher, den wir aus Kosten- und Platzgründen nicht installieren. „Die Herausforderungen der Solarthermie sehe ich im Flächenbedarf. Daher sind große Projekte fast nur im ländlichen Raum möglich. Außerdem können die hohen Anfangsinvestitionen für viele Projektierer eine anfängliche Hürde darstellen“, erklärt Rebecca.

Aber sie weiß auch um die vielen Vorteile der Technik: „Einmal installiert, verbraucht eine Solarthermieanlage keine Rohstoffe mehr. Daher profitieren die Wärmekundinnen und -kunden auch von den stabilen Wärmegestehungskosten der Solarthermie – gerade bei der aktuellen Entwicklung der Rohstoffpreise langfristig ein großer Vorteil. Außerdem findet bei der Installation einer Solarthermieanlage keine Flächenversiegelung statt. Die Anlagen werden entweder auf den Dächern unserer Heizhäuser oder auf einer Freifläche neben dem Heizhaus installiert“, erklärt Rebecca.

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