Das Prinzip von Solarthermieanlagen ist einfach erklärt: Dunkle Sonnenkollektoren fangen die warme Sonnenstrahlung ein und übertragen diese an eine Transportflüssigkeit. Über einen Wärmetauscher gibt diese Wärmeträgerflüssigkeit die Wärme im Haus an das Heiz- oder Trinkwasser ab, das dann im Speicher lagert, bis es zum Heizen, Duschen, Baden oder Kochen genutzt wird. Eine gute Sache – vor allem im Sommer, wenn die Sonne nahezu jeden Tag scheint. Doch wie sieht es in den kalten Monaten aus? Funktioniert Solarthermie auch im Winter? Was kann eine Solarthermieanlage im Winter leisten und reicht diese Leistung zum Heizen aus? Wir erklären Ihnen, was die Solarthermie im Winter bringen kann.
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Wie funktioniert Solarthermie?
Solarthermie nutzt – wie alle Arten von Solaranlagen – die Energie der Sonne und wandelt diese in Wärmeenergie zum Heizen oder zur Warmwasserbereitung um. Die verschiedenen Bestandteile dieser Art von Solarheizung erfüllen dabei unterschiedliche Aufgaben:
Solarkollektoren: Die Sonnenkollektoren (Flach- oder Vakuum-Röhrenkollektoren) fangen die Sonnenstrahlung über die dunkle Absorberfläche der Solaranlage auf.
Solarflüssigkeit: Die Solarflüssigkeit fungiert als Transportmittel für die Sonnenergie. Sie besteht aus Wasser oder einem Wasser-Glykol-Gemisch.
Pumpe: Die Pumpe wälzt die Solarflüssigkeit zwischen den Sonnenkollektoren und dem Wärmespeicher um, wodurch sich die in der Flüssigkeit gespeicherte Wärme auf das Brauchwasser überträgt.
Wärmespeicher: Der Speicher kann die gewonnene Wärmeenergie für eine begrenzte Zeit lang speichern, sodass diese für Warmwasser oder zum Heizen genutzt werden kann.
Solarthermieanlagen sind in der Regel keine alleinigen Heizsysteme. Sie werden meist zusätzlich zu einer bereits vorhandenen Gas-, Öl-, Holz- oder Pelletheizung bzw. Fernwärme als Heizungsunterstützung verbaut. So kann etwa in kalten Monaten die herkömmliche Heizung einspringen, wenn die gewonnene Solarenergie nicht zum Heizen ausreicht. Die Solarthermieanlage übernimmt dann vorrangig die Warmwasseraufbereitung, während das andere Heizsystem das Haus mit Heizenergie versorgt.
Funktioniert Solarthermie auch im Winter?
Ja, grundsätzlich funktioniert Solarthermie auch im Winter – allerdings nur eingeschränkt. Das liegt daran, dass die Sonne in den Wintermonaten naturgemäß seltener und mit geringerer Kraft scheint als im Sommer. Da die Leistung der Anlage aber von der Intensität der Sonneneinstrahlung abhängt, produziert eine Solarthermieanlage in der kalten Jahreszeit deutlich weniger Wärmeenergie – und zwar zwischen 20 und 30 Prozent der maximalen Leistung, die sie in den Sommermonaten hat.
Zugleich steigt der Heizbedarf an, schließlich möchte jeder es im Winter in den eigenen vier Wänden mollig warm haben. Für Hausbesitzer bedeutet das: Mit Solarthermie im Winter zu heizen, ist in der Regel nicht möglich, da der Heizbedarf zu hoch und die vorhandene Sonnenenergie zu gering ist. Es ist aber sehr wohl möglich, Solarthermie auch im Winter zur Warmwassererzeugung einzusetzen.
In ganz besonders energieeffizienten Häusern ist es auch im Winter möglich, die Solarthermieanlage zum Heizen zu nutzen. Bekannt sind diese Hauskonzepte unter dem Namen „solararchitektonisches Bauen“. Kombiniert wird in diesen „Sonnenhäusern“ eine Niedrigenergiebauweise mit Solarkollektoren und einem besonders großen Wärmespeicher. Die Solarthermieanlage ist das Herzstück der Solararchitektur.
Wie effektiv ist Solarthermie im Winter?
Wie effektiv eine Solarthermieanlage im Winter ist, hängt nicht nur von der Sonneneinstrahlung, sondern auch von weiteren Faktoren ab. Grundsätzlich müssen Hausbesitzer einplanen, dass ihre Anlage in der kalten Jahreszeit mindestens etwa zwei Drittel der Leistungsfähigkeit einbüßt. Wie effektiv Ihre individuelle Solarthermieanlage in den Wintermonaten arbeitet, wird bestimmt durch:
Alter der Anlage
Art der verbauten Solarkollektoren (Flachkollektoren, Röhrenkollektoren)
Größe der Solarfläche
Neigungswinkel der Kollektoren
Jeder einzelne dieser Faktoren beeinflusst, wie effektiv Ihre Solarthermieanlage im Winter Wärme erzeugt. Auf die Einfallswinkel der Kollektoren sowie die Größe der Kollektorfläche kommt es besonders an. Aber auch die Art der verbauten Sonnenkollektoren spielt eine Rolle. Hier können Sie als Anlagenbesitzer grundsätzlich zwischen zwei Arten wählen: Den Flachkollektoren und den Vakuum-Röhrenkollektoren. Erste sind günstiger in der Anschaffung und schaffen es, einen großen Anteil der Sonnenergie in Wärmeenergie umzuwandeln.
Röhrenkollektoren arbeiten noch ein bisschen effizienter als Flachkollektoren. Sie können sich die Funktionsweise vorstellen wie bei einer Thermosflasche: Das Vakuum speichert die Wärme auch dann sehr gut, wenn die Umgebungsbedingungen eher ungünstig sind. Durch den geringen Wärmeverlust können Röhrenkollektoren auch in den Wintermonaten bei niedrigen Außentemperaturen die eintreffende Sonnenergie effizient nutzen. Sie sind aber auch deutlich teurer und anfälliger gegen Umwelteinflüsse wie beispielsweise schweren Hagel.
Kann man mit Solarthermie im Winter heizen?
Theoretisch ist es möglich – doch in den meisten Fällen wird der Versuch, mit Solarthermie auch im Winter zu heizen, jedoch nur von geringem Erfolg gekrönt sein. An kalten Tagen muss der Heizkessel mit einer hohen Leistung arbeiten, damit es in Ihrem Haus angenehm warm wird. Die über die Solarthermieanlage auf dem Dach gewonnene Sonnenenergie reicht dafür jedoch nicht aus.
Die Witterung beeinflusst zusammen mit der Intensität der Sonneneinstrahlung die Leistung von Solarthermie im Winter immens, wie die folgende Übersicht zeigt:
Sonnenschein, wolkenloser Himmel: Bis zu 1 kWh/m²
Leicht bedeckter Himmel: 0,6 kWh/m²
Bewölkter Himmel: 0,3 kWh/m²
Stark bedeckter Himmel: 0,1 kWh/m²
Das heißt: Im Winter, wenn es häufiger grau und trüb ist und Nebel, Regen, Schnee sowie diffuses Licht den Tag bestimmen, kann die Solarthermieanlage nur noch einen Bruchteil der Wärmeenergie erzeugen, die Ihnen im Sommer zur Verfügung steht. Um Ihr Haus mit ausreichend Heizenergie zu versorgen, reicht die Menge nicht aus.
Jetzt könnte man meinen, die Kollektorfläche auf dem Dach größer zu dimensionieren, würde das Problem schnell lösen – doch ganz so einfach ist es leider nicht.
Natürlich können Sie über eine größere Fläche mehr Wärmeenergie im Winter gewinnen. Im Sommer wäre eine Kollektorfläche dieser Größe aber viel zu groß. Die Anlage würde die erzeugte Wärme nicht mehr verarbeiten können. Entweder verpufft sie dann ungenutzt oder sie richtet im schlimmsten Fall sogar Schäden an den Kollektoren an.
Worauf ist bei einer Solarthermieanlage im Winter zu achten?
Auch wenn sich mit Solarthermie im Winter meist nicht effektiv heizen lässt – mit 20 bis 30 Prozent ihrer maximalen Leistung kann die Solarthermie im Winter Ihre Heizung dennoch entlasten und beispielsweise die Versorgung mit Warmwasser übernehmen.
Wichtig ist, die Anlage gut über den Winter zu bringen. Die Stichworte lauten hier: Eine regelmäßige Wartung der Solarthermie sowie ausreichender Frostschutz. Was Sie schließlich in keinem Fall wollen, ist, dass die Solarflüssigkeit in den Kollektoren einfriert und diese kaputt gehen.
Folgende Frostschutz-Varianten gibt es, um Ihre Anlage gut durch die kalte Jahreszeit zu bringen:
Frostschutzmittel (Glykol): Die meisten Solarthermieanlagen nutzen als Solarflüssigkeit kein reines Wasser, sondern ein Gemisch aus Wasser und Glykol. Glykol kennen Sie sicher als blaues Frostschutzmittel für Ihr Fahrzeug. Genauso funktioniert es auch in einer Solarthermieanlage – es verhindert, dass die Solarflüssigkeit bei Minusgraden einfriert und die Solarthermie im Winter nicht mehr arbeiten kann.
Drainback: Da Glykol-Wasser-Gemische die Speicherkapazität der Wärmeträgerflüssigkeit reduzieren, greifen einige Hersteller auf sogenannte Drainback-Systeme zurück. Hierbei wird Wasser verwendet, dass bei zu niedrigen Temperaturen in ein Drainback-Gefäß gepumpt wird. Im System befindet sich dann keine Solarflüssigkeit mehr. Ist der Himmel stark bedeckt oder fällt Schnee oder Regen im Winter, arbeitet die Anlage nicht. Erst wenn sich die Witterungsverhältnisse bessern, füllen sich die Rohre und Kollektoren wieder. So wird verhindert, dass die Solarflüssigkeit an kalten Wintertagen einfriert und die Solarkollektoren beschädigt.
Druckerhaltende Systeme: Eine weitere Frostschutz-Variante für Solarthermieanlagen ist die Erzeugung von Warmwasser in einem Heizkessel. Das warme Wasser wird in die Anlage gepumpt, sodass die Solarflüssigkeit in den Kollektoren auch bei Minusgraden nicht einfrieren kann. Umstritten ist diese Variante allerdings aufgrund ihrer eher schlechten Energiebilanz.
Mit diesen Tipps optimieren Sie den Ertrag Ihrer Solarthermieanlage im Winter
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mit denen Sie die Leistungsfähigkeit Ihrer Solarthermie im Winter steigern und Ihre herkömmliche Heizung entlasten können. Wir haben Ihnen 6 Tipps zusammengestellt:
Tipp 1: Steile Aufstellung der Solarkollektoren. Die Neigung Ihrer Kollektoren sollte im Winter steiler sein als im Sommer, um die flach über den Himmel wandernde Sonne besser auszunutzen. Empfehlenswert ist ein Neigungswinkel von 70 Grad. Zwar führt ein größerer Winkel zu einem Ertragsverlust im Sommer – doch der Ertrag von Solarthermieanlagen ist in den warmen Monaten ohnehin meist überproportional zum tatsächlichen Verbrauch.
Tipp 2: Röhrenkollektoren statt Flachkollektoren. Mit Röhrenkollektoren erzielen Sie höhere Wirkungsgrade und somit auch größere Erträge Ihrer Solarthermie im Winter. Durch ihre spezielle Bauweise können die Kollektoren selbst bei diffusen Lichtverhältnissen Sonnenenergie gewinnen – ein klares Argument für Röhrenkollektoren, trotz der höheren Anschaffungskosten. Diese zahlen sich spätestens in den kalten Monaten aus.
Tipp 3: Süd-Ausrichtung der Kollektoren. Die richtige Ausrichtung der Kollektoren spielt bei der Effizienz von Solarthermie im Winter ebenfalls eine Rolle. Auch wenn Sie als Hausbesitzer natürlich nur begrenzt Einfluss auf die Ausrichtung Ihres Dachs haben, sollten Sie die Kollektoren wo immer möglich nach Süden ausrichten, damit diese möglichst viele Sonnenstrahlen im Winter einfangen können.
Tipp 4: Entfernung von Laub und Schnee. Um sicherzustellen, dass Ihre Solarthermieanlage auch im Winter bestmöglich arbeitet, sollten Sie herabfallendes Laub und starken Schneefall von der Anlage entfernen. Achten Sie dabei unbedingt auf Ihre eigene Sicherheit und beauftragen Sie im Zweifel einen Spezialdienst. Nur bei einer sauberen und schneefreien Kollektorfläche können die Absorber von den Sonnenstrahlen optimal erreicht werden.
Tipp 5: Ausreichend große Solarkollektorenfläche. Mit einer größeren Anlagenfläche auf dem Dach können Sie die Effizienz Ihrer Solarthermie im Winter erhöhen. Wichtig ist, die Anlage nicht zu groß zu planen, damit die Fläche für die warmen Sommermonate mit gesteigerter Sonneneinstrahlung nicht überdimensioniert ist.
Tipp 6: Großer Pufferspeicher speichert mehr Wärme. Um im Fall mehrerer sonniger Wintertage die erzeugte Wärmeenergie länger zu speichern, kann es sinnvoll sein, einen größeren Pufferspeicher zu verbauen.
Je besser Sie die erzeugte Energie speichern können und je geringer die Wärmeverluste Ihrer Anlage sind, desto effizienter ist Solarthermie auch im Winter. Sie können die gewonnene Wärmeenergie etwa zur Warmwasserbereitung verwenden. Mehr als eine Heizungsunterstützung ist Solarthermie in den kalten Monaten jedoch meist nicht.
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