Solarthermie oder Photovoltaik – oder beides?

• Solarthermie bedeutet: Mit Sonnenenergie Wärme erzeugen, zum Erwärmen des Trinkwassers oder zum Heizen. 
• Solarthermie-Anlagen nutzen für die Umwandlung der Sonnenstrahlen in Wärme Sonnenkollektoren, die in den meisten Fällen auf Dächern installiert werden. 
• Dachflächengrößen und Wetterverhältnisse: Dafür bieten sich jeweils unterschiedliche Solarthermie-Anlagen an. 
• Solarthermie oder Photovoltaik: Es lassen sich Photovoltaik und Solarthermie kombinieren, zum Beispiel mit sogenannten Hybridkollektoren. 
• Jahreszeiten: Sonnenwärme lässt sich nicht nur in der warmen Jahreszeit nutzen. Solarthermie im Winter bietet ebenfalls eine sinnvolle Unterstützung für die Heizanlage und für die Warmwasserbereitung. 
• Speicherlösungen optimieren die Wärmeausbeute und machen Solarthermie auch dann nutzbar, wenn die Sonne nicht scheint.

Solarthermie ist ein zusammengesetzter Begriff aus den Wörtern Solar für Sonne und Thermie für Wärme. Es geht also darum, mit der Kraft der Sonne Wärme zu erzeugen. Diese kommt überwiegend zur Warmwassererzeugung und für Heizungsanlagen zum Einsatz.

Solarthermie-Technik gilt als ausgereift. Die benötigte Sonneneinstrahlung ist so gering, dass die Nutzung der Technologie in ganz Deutschland möglich ist. Innovative Lösungen machen zudem den Einsatz von Photovoltaik und Solarthermie auf einem Dach möglich. 

Solarthermie-Funktionsweise im Überblick

Eine Solarthermie-Anlage ist ein Röhrensystem, das sich von einem sogenannten Pufferspeicher im Heizungsraum durchs ganze Haus bis unter das Dach schlängelt, wo sich die Kollektoren befinden. In den Röhren fließt sogenannte Solarflüssigkeit. Sie kann bis zu 90 Grad Celsius heiß werden, und besteht im Wesentlichen aus einem Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser.

Die Hauptbestandteile einer Solarthermie-Anlage sind überschaubar. Wir brauchen eine Dachfläche, die mit Sonnenkollektoren belegt werden kann und einen Pufferspeicher, der bei Bedarf auch Heizungswasser erwärmen kann. Die beiden zentralen Elemente werden durch ein Röhrensystem verbunden, in dem eine Pumpe die Solarflüssigkeit durch den Kreislauf bewegt.

Diese Pumpe wird über einen Regler am Pufferspeicher geschaltet. Dieser erkennt, ob der Speicher über freie Ladekapazitäten verfügt. Wenn das so ist, veranlasst der Regler die Pumpe dazu, heiße Solarflüssigkeit von den Kollektoren zum Speicher zu pumpen.

Wichtig: Die Kollektorfläche und die Größe des Pufferspeichers müssen sinnvoll aufeinander abgestimmt werden. Anders als bei Photovoltaik ist bei der Solarthermie ein Mehr nicht unbedingt besser.

Verbreitung von Solarthermie in Deutschland

Solarthermie vs. Photovoltaik: Mit dem Siegeszug der Photovoltaikmodule sinkt die Verbreitung der Solarthermie. Laut Umweltbundesamt betrug der Anteil der Solarthermie an der Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2022 etwa fünf Prozent. Das entspricht einer Wärmemenge von rund 9.730 Terawattstunden aus rund 2,6 Millionen bundesweit installierten Anlagen

Allerdings ist die Verbreitung von Solarthermie seit 2013 rückläufig. Wurde im Jahr 2012 der Spitzenwert von 1,2 Millionen Quadratmeter an neuer Kollektorfläche erreicht, betrug der Zubau im Jahr 2022 nur noch rund 710.000 Quadratmeter.

Ein Sonnenkollektor ist das Herzstück einer Solarthermie-Anlage. Sonnenkollektoren gibt es in fünf unterschiedlichen Ausführungen. Flachkollektoren und Röhrenkollektoren sind besonders verbreitet.

Solarthermie mit Flachkollektoren

Flachkollektoren bestehen aus einem internen Röhrensystem, über das ein Blech montiert wird. Dies besteht zumeist aus Aluminium oder Kupfer, damit es die Sonnenwärme gut aufnehmen und weiterleiten kann. Über dem Blech liegt bruchfestes Glas, das auftreffendes Sonnenlicht verstärkt.

Die so entstehende Wärme erhitzt die Solarflüssigkeit im Rohrsystem. Diese wird mittels der Solarpumpe zum Speicher transportiert. Aufgrund ihrer flachen Form können diese Kollektoren sehr einfach und fast unsichtbar in das Dach integriert werden.

Solarthermie mit Vakuum-Röhrenkollektoren

Vakuum-Röhrenkollektoren bestehen aus einzelnen Glasröhren zwischen denen ein Vakuum liegt. Die Absorption des Sonnenlichts findet oberhalb der inneren Röhre statt. So entsteht eine besonders gut isolierte Wärmeübertragung. 

Kosten pro Quadratmeter Kollektorfläche sind bei Röhrenkollektoren etwa doppelt so hoch wie bei Flachkollektoren, allerdings ist der Wirkungsgrad auch höher – und es wird weniger Dachfläche benötigt. Röhrenkollektoren sind allerdings massiver gebaut und fallen auf dem Dach mehr auf. Zudem ist ein Rohrsystem aus Glasröhren vergleichsweise empfindlich.

Solarthermie mit anderen Kollektoren

Luftkollektoren

Luftkollektoren verwenden anstatt der Solarflüssigkeit Luft als Wärmeträger. Diese wird von außen angesaugt, erwärmt und ins Gebäude abgegeben. Damit ist die Nutzung von Luftkollektoren die wohl unmittelbarste Form der Nutzung von Solarthermie. Sie bietet sich allerdings hauptsächlich da an, wo ohnehin bereits mit Luft geheizt wird, wie etwa in Schwimmbädern oder Sport- und anderen Hallen. So lässt sich mit Luftkollektoren Solarthermie als Pool-Heizung einsetzen.

Auf der Habenseite des Luftkollektors steht seine geringe Wartungsintensität. Da nur Luft erwärmt wird, werden keine Flüssigkeit tragenden Rohre im Haus benötigt. Entsprechend kann es auch nicht zu Feuchtigkeitsschäden, etwa durch austretende Flüssigkeit oder Wasserdampf, kommen.

Unverglaste Kollektoren

Ein unverglaster Kollektor wird wegen seines Haupteinsatzbereichs auch Poolkollektor genannt: Ein Geflecht aus Schläuchen oder Schlauchmatten wird offen auf der Fläche, typischerweise dem Flachdach eines Schwimmbades, verlegt. Durch das Geflecht fließt das Wasser, das aus dem Pool durch die Leitungen gepumpt wird und erwärmt wieder darin landet.

Bei besonderer Eignung des eigenen Daches kann dieses einfache und günstige System auch als Quelle für Wärmepumpen eingesetzt werden. Ein solches nahezu ungeschütztes System ist vor allem für die Nutzung im Sommer geeignet.

Sonnenwärme lässt sich für Haushalt, Gewerbe und Industrie auf vielfältige Weise nutzen: Während Solarthermie-Lösungen Wasser erwärmen, erzeugen Photovoltaik-Anlagen und Solardachziegel Strom. Doch was ist der Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik – und kann man Photovoltaik und Solarthermie auf einem Dach installieren?

Der grundlegende Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik liegt im Ergebnis: Solarthermie erwärmt Wasser, Photovoltaik erzeugt Strom. Dafür verwenden die Systeme jeweils unterschiedliche Techniken:

• In Solarthermie-Anlagen fangen Kollektoren das Sonnenlicht ein und leiten die dadurch entstehende Wärme an einen Speicher weiter.
• Photovoltaik-Module oder Solardachziegel nutzen Solarzellen, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln.

Sowohl Solarthermie- als auch PV-Module können sich eine Dachfläche teilen. Sinnvoll ist das allerdings vor allem auf großen Dächern, die ausreichend Platz für die jeweils benötigte Modulanzahl bieten. Eine Alternative können Hybridkollektoren bieten: Sie vereinen Sonnenkollektoren und Solarzellen in einem Modul, erzeugen also Wärme und Strom.

Bleibt die Frage: Was ist wirtschaftlicher, Solarthermie oder Photovoltaik – und ist Solarthermie oder Photovoltaik für Warmwasser günstiger? Die Tabelle bietet einen übersichtlichen Solarthermie-Photovoltaik-Vergleich.

Solarthermie-Photovoltaik-Vergleich: Vor- und Nachteile der Varianten

Gut zu wissen: Man kann Solarthermie oder Photovoltaik mit Wärmepumpen kombinieren, um von einer besonders hohen Effizienz zu profitieren. Bei Verwendung von Solarthermie leitet das Pumpsystem die Wärme der Solarthermie-Anlage in den Warmwasserspeicher des Heizsystems. Die Lösung ist allerdings komplex und kostspielig.

Alternativ kommt der von einer PV-Anlage erzeugte Strom für den Betrieb der Wärmepumpe zum Einsatz. Auch diese Option erfordert in der Regel hohe Investitionen. Eine Komplettversorgung der Wärmepumpe mit PV-Strom ist zudem in den meisten Fällen unwirtschaftlich – auch, weil mitunter der finanzielle Vorteil spezieller Stromtarife für den Betrieb von Wärmepumpen wegfällt. Tipp: Mehr über die verschiedenen Solar-Lösungen, worauf bei der Entscheidung für ein System und bei der Installation zu achten ist, verrät unsere Serie “Fit für die energetische Sanierung”.

Das zweite Hauptelement einer Solarthermie-Anlage ist der Solarspeicher. Er ist in zwei Varianten und unterschiedlichen Größen verfügbar.

Der Trinkwasserspeicher

Dient die Solarthermie-Anlage ausschließlich der Warmwasserbereitung, kommt ein sogenannter Trinkwasserspeicher infrage. Im Optimalfall deckt dieser rund 60 Prozent des Gesamtbedarfs ab. Für eine vierköpfige Familie zum Beispiel ist eine Variante mit rund 500 Litern Kapazität meist ausreichend.

Der Kombispeicher

Soll auch Heizung über den Solarspeicher laufen, ist ein Kombispeicher sinnvoll. Er verfügt über zwei unabhängige Wasserspeicher, einen für Trink- sowie einen für Heizungswasser. Erhältlich sind auch Kombispeicher, die das Trinkwasser in spiralförmigen Leitungen durch den Heizwasserspeicher leiten und es dabei wie in einem Durchlauferhitzer erwärmen.

Der Pufferspeicher

Wird Solarthermie für den reinen Heizbetrieb eingesetzt, kommen Pufferspeicher zum Einsatz. Sie sind größer als Trinkwasserspeicher und technisch als Schichtenspeicher konstruiert: Kaltes Wasser befindet sich unten im Behälter, warmes Wasser oben. Die Wärmeübertrager erhitzen gezielt einzelne Schichten innerhalb der Pufferspeicher. Das soll sicherstellen, dass die zu übertragende Wärme je nach Bedarf an der optimalen Stelle angelegt wird.

Die Kosten von Solarthermie-Anlagen sind immer individuell zu ermitteln und von der eigenen Bausituation abhängig. Im Neubau lassen sich Faustwerte nennen:

• Geht es um eine Anlage zur Warmwasserbereitung, rechnen Architekt:innen rund einen Quadratmeter Kollektorfläche pro Bewohner.
• Der Speicher wird auf rund 80 Liter pro Person, dem Doppelten des durchschnittlichen Tagesverbrauchs, ausgelegt.
• Eine solche Anlage kostet rund 5.000 Euro.

Bei Solarthermie zur Heizungsunterstützung wird es aufgrund der größeren Auslegung teurer:

• Im Schnitt wird ein Quadratmeter Kollektorfläche pro zehn Quadratmeter zu beheizender Grundfläche kalkuliert.
• Der Pufferspeicher ist in der Regel ab 1.000 Litern ausgelegt.
• Insgesamt ist mit Kosten von rund 10.000 Euro für ein Einfamilienhaus zu rechnen.

Eigentümer:innen müssen diese Kosten nicht völlig allein tragen. Ob man Solarthermie nachrüsten oder im Neubau installieren möchte: Förderungen sind bei beiden Optionen möglich. Welche Solarthermie-Förderung ist 2024 abrufbar?

• Es winkt unter anderem eine Förderung für Solarthermie von der BAFA ( Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) in Höhe von 25 Prozent der Kosten.
• Das gilt, wenn die Anlage mehr als 50 Prozent der erzeugten Wärme für Brauch- oder Heizungswasser oder beides bereitstellt. Wichtig ist, dass der Antrag (online)vor der Auftragsvergabe gestellt wird. 
• Größere Projekte können über das Programm „BEG Wohngebäude - 261 Kredit” der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) gefördert werden. 
• Die KfW stellt einen zinsgünstigen Kredit von maximal 150.000 Euro bereit und zahlt maximal 20 Prozent Tilgungszuschuss dazu aus.
• Die Förderung muss über einen Sachverständigen beantragt werden.

Gut zu wissen: Wer viel Einkommenssteuer zahlt und die BAFA-Beantragung verschlafen hat, kann die Investition in eine Solarthermie-Anlage bis 2029 von der Steuer absetzen. Über drei Jahre dürfen maximal 40.000 Euro begrenzt auf 20 Prozent der tatsächlichen Kosten abgesetzt werden. Erforderlich ist eine Bescheinigung der fachgerechten Installation durch einen Fachbetrieb.

Weitere Informationen zur Solarthermie-Förderung 2024 verrät der Artikel Warmwasser und Solar.

Lohnt sich Solarthermie auch in Zukunft? Die Art der Wärmeerzeugung gilt als ausgereift, ist aber, auch vor dem Hintergrund der zunehmenden Verbreitung von Photovoltaik, noch nicht im breiten Markt angekommen. Dabei prognostizieren Expert:innen der Technologie eine aussichtsreiche Zukunft – auch weil Wärme mit bis zu 90 Prozent den Löwenanteil des Energieverbrauchs in deutschen Haushalten ausmacht.

Recht neu am Markt und entsprechend teuer sind die Solarhybridkollektoren. Sie kombinieren die Solarthermie-Eigenschaften eines Flachkollektors mit den Stromerzeugungseigenschaften eines Photovoltaikmoduls. Auf diese Weise scheinen sie zunächst wie das Beste beider Welten.

Allerdings können die Hybridkollektoren bei ihren jeweiligen Wirkungsgraden nicht mit den dedizierten Flachkollektoren und reinen Photovoltaikmodulen mithalten. Sie erreichen in beiden Bereichen Wirkungsgrade, die etwa um 25 Prozent unterhalb jener liegen, die von den Spezialisten des jeweiligen Sektors erreicht werden können.

Ein wesentlicher Aspekt der zukünftigen Entwicklung von Solarthermie dürfte darin bestehen, die Herstellung von diesen PVT (Photovoltaisch-thermischer Sonnenkollektor)- Modulen konkurrenzfähiger zu gestalten. Aktuell leisten diese Kollektoren beim Wärmeangebot weniger als reine Flachkollektoren und bei der Stromausbeute weniger als reine Photovoltaik-Module. Dazu sind sie noch teurer als die beiden Spezialmodule. Ändert sich das, dürfte der Einsatz von Solarhybridkollektoren im Ein- und Zweifamilienhaus an Attraktivität gewinnen und Hybridkollektoren in der Zukunft durchaus an Bedeutung gewinnen. Dazu müssten sie aber energieeffizienter und billiger werden.

Auch der industrielle Einsatz ist interessant. Überwiegend kommt Solarthermie hierzulande noch auf Dächern oder Fassaden von Wohngebäuden zum Einsatz. Dabei eröffnet die gewerbliche Nutzung lukratives Potenzial. Solare Fernwärme zum Beispiel kann die Energiewende in Deutschland vorantreiben. In Skandinavien ist diese Lösung bereits seit Jahren verbreitet. Hierzulande steckt sie noch in den Kinderschuhen: Bundesweit gibt es rund 50 Anlagen. Dabei schätzt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), dass Solarthermie-Anlagen im Jahr 2030 bis zu 30 Terawattstunden Wärme bereitstellen könnten.

Eine flächendeckende Solarpflicht kann auch den Solarthermie-Anteil vorantreiben. Aktuell gilt diese in einigen Bundesländern bei Neubauten und/oder Nichtwohngebäuden. Eine bundesweite Pflicht dürfte Solarthermie-Anlagen für Privatnutzer:innen interessanter machen.

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