Kurze Definition

Solarthermie nutzt Sonnenstrahlung, um Wärme zu erzeugen. Solarkollektoren nehmen die Strahlungsenergie auf und übertragen sie auf ein Wärmeträgermedium. Im Unterschied dazu wandelt PV Sonnenenergie in elektrischen Strom um.

Solarthermie auf einen Blick

• Solarthermie stellt Wärme für Trinkwasser, Raumheizung, geeignete industrielle Prozesse oder Wärmenetze bereit.
• Ein Wärmeträgermedium transportiert die im Kollektor erzeugte Wärme über einen Wärmetauscher zu einem Warmwasser- oder Pufferspeicher.
• Eine Temperaturdifferenzregelung steuert die Umwälzpumpe abhängig von den Temperaturen im Kollektor und im Speicher.
• Der nutzbare Wärmeertrag wird unter anderem durch die Sonneneinstrahlung, Wärmeverluste und die verfügbare Speicherkapazität begrenzt.

Wie funktioniert eine Solarthermieanlage?

Die Solarkollektoren absorbieren einfallende Sonnenstrahlung und erwärmen ein Wärmeträgermedium. Dabei handelt es sich häufig um ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, das in einem geschlossenen Solarkreis zirkuliert. Eine Umwälzpumpe transportiert das erwärmte Medium zum Wärmetauscher. Dort wird die Wärme an einen Warmwasser- oder Pufferspeicher übertragen, ohne dass sich die beiden Medien vermischen.

Eine Solarregelung vergleicht kontinuierlich die Kollektortemperatur mit der Temperatur im Speicher. Die Umwälzpumpe wird aktiviert, wenn die Kollektortemperatur ausreichend über der Speichertemperatur liegt und somit ein nutzbarer Wärmetransport möglich ist. Sinkt die Temperaturdifferenz unter einen festgelegten Wert, stoppt die Regelung die Pumpe, damit keine Wärme aus dem Speicher zurück zu den Kollektoren transportiert wird.

Direkt gemessen werden insbesondere die Kollektor-, Vorlauf-, Rücklauf- und Speichertemperatur sowie der Volumenstrom. Aus dem Volumenstrom und der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf werden die aktuelle thermische Leistung und durch zeitliche Integration die erzeugte Wärmemenge berechnet. Dabei müssen die temperatur- und medienabhängigen Stoffwerte des Wärmeträgers berücksichtigt werden. Vereinfacht gilt:

Thermische Leistung = Volumenstrom × volumetrische Wärmekapazität × Temperaturdifferenz

Bei Wasser-Glykol-Gemischen hängen die verwendeten Stoffwerte unter anderem von der Zusammensetzung und der Temperatur des Mediums ab. Ergänzend können Pumpenzustände, Drücke und zusätzliche Speicher- oder Anlagentemperaturen überwacht werden.

Wo wird Solarthermie eingesetzt?

Solarthermieanlagen werden vor allem für folgende Aufgaben genutzt:

• Trinkwassererwärmung: Die Anlage erwärmt Wasser für Duschen, Waschbecken und andere Warmwasserverbraucher.
• Heizungsunterstützung: Solar erzeugte Wärme wird in einem Pufferspeicher zwischengespeichert und unterstützt die Raumheizung.
• Industrielle Prozesswärme: Solarthermie eignet sich insbesondere für Prozesse mit kontinuierlichem Wärmebedarf auf einem passenden niedrigen oder mittleren Temperaturniveau. Ob eine Anwendung technisch geeignet ist, hängt vom benötigten Temperaturniveau und vom eingesetzten Kollektortyp ab.
• Solare Wärmenetze: Größere Kollektorfelder können Wärme in lokale Nah- oder Fernwärmenetze einspeisen.

Nutzen, Grenzen und technische Voraussetzungen

Solarthermie kann den Brennstoff- oder Strombedarf für die Wärmeerzeugung reduzieren. Besonders sinnvoll ist sie, wenn während sonnenreicher Zeiträume ein kontinuierlicher Wärmebedarf besteht. Wärmespeicher ermöglichen es, Erzeugung und Verbrauch zeitlich teilweise voneinander zu entkoppeln.

Die Wärmeerzeugung schwankt jedoch mit Tageszeit, Wetter und Jahreszeit. Gerade im Winter ist der Heizwärmebedarf häufig hoch, während der solare Ertrag geringer ausfällt. Zusätzlich begrenzen Wärmeverluste, das erforderliche Temperaturniveau und die Speicherkapazität den nutzbaren Ertrag.

Fehlt bei hoher Sonneneinstrahlung eine ausreichende Wärmeabnahme, kann die Anlage in Stagnation gehen. Dabei erreicht das Wärmeträgermedium sehr hohe Temperaturen und kann teilweise verdampfen. Stagnation ist nicht automatisch ein Defekt, sondern kann ein vorgesehener, jedoch thermisch belastender Betriebszustand sein. Ausdehnungsgefäß, Sicherheitskomponenten, Wärmeträgermedium und hydraulische Auslegung müssen dafür geeignet sein.

Für einen zuverlässigen Betrieb werden passend dimensionierte Kollektoren, Rohrleitungen, Pumpen, Wärmetauscher und Speicher benötigt. Hinzu kommen eine geeignete Solarregelung sowie Temperatur- und gegebenenfalls Volumenstromsensoren. Eine fachgerechte hydraulische Auslegung ist entscheidend, damit die erzeugte Wärme effizient übertragen und gespeichert werden kann.

Wie unterstützt EcoPhi das Monitoring von Solarthermie?

EcoPhi kann Solarthermie vor allem in das Monitoring eines kombinierten Energiesystems einbeziehen. Sofern geeignete Sensoren, Wärmemengenzähler und Kommunikationsschnittstellen vorhanden sind, lassen sich thermische Messwerte gemeinsam mit PV-Erzeugung, Stromverbrauch und weiteren Energiedaten erfassen und darstellen.

Dadurch können Betreiber beispielsweise Temperaturen, berechnete thermische Leistungen, Wärmemengen und Betriebszustände zentral auswerten. Die konkrete Integration hängt von den verfügbaren Schnittstellen der Messgeräte und Anlagenregler ab. Die eigentliche Regelung des Solarkreises bleibt normalerweise Aufgabe eines spezialisierten Heizungs- oder Solarthermiereglers.

Kurze Zusammenfassung

Solarthermie erzeugt Wärme aus Sonnenstrahlung und kann die Trinkwassererwärmung, Raumheizung, Prozesswärmeversorgung oder Wärmenetze unterstützen. Ihr Nutzen hängt vor allem von einem passenden Wärmebedarf, der richtigen Anlagenauslegung und ausreichender Speicherkapazität ab. In kombinierten Energiesystemen können thermische und elektrische Messwerte gemeinsam überwacht werden.

Häufige Fragen zu Solarthermie

Was ist der Unterschied zwischen Solarthermie und PV?

Solarthermie erzeugt Wärme, während PV elektrischen Strom bereitstellt. Beide Technologien können parallel in einem kombinierten Energiesystem eingesetzt werden.

Kann Solarthermie ein Gebäude vollständig beheizen?

Eine vollständige Versorgung ist technisch möglich, erfordert aber in der Regel eine speziell ausgelegte Anlage, einen sehr niedrigen Wärmebedarf und häufig einen großen oder saisonalen Wärmespeicher. Entscheidend sind außerdem der Gebäudeenergiestandard, die Kollektorfläche und das verwendete Heizsystem. In üblichen Anlagen ergänzt Solarthermie deshalb einen weiteren Wärmeerzeuger.

Wie wird der Ertrag einer Solarthermieanlage bestimmt?

Temperaturen und Volumenstrom werden durch geeignete Sensoren gemessen. Aus diesen Messwerten sowie den medien- und temperaturabhängigen Stoffwerten des Wärmeträgers werden die thermische Leistung und die erzeugte Wärmemenge berechnet.

Kann EcoPhi eine Solarthermieanlage regeln?

Die eigentliche Solarthermie-Regelung übernimmt normalerweise ein spezialisierter Anlagenregler. EcoPhi kann verfügbare thermische Messwerte in ein übergeordnetes Monitoring einbinden, sofern geeignete Sensoren, Zähler und Schnittstellen vorhanden sind.