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News vom 07.06.2019

Themenserie "Speicher für Energieautarkie und Mieterstromprojekte" - Teil 11

Welche Wärmeerzeuger sind zukunftsfähig? – 2. Teil: Solar und Wärmepumpe

Nachdem im Rahmen der Serie schon die Biomasse in fester, flüssiger und gasförmiger Ausprägung auf ihre Zukunftsfähigkeit untersucht wurde, geht es heute um Solarthermie, Wärmepumpen und deren Betrieb mittels PV-Strom.

Wärmepumpen können auch in Bestandsgebäuden nachgerüstet werden, wie hier bei einer zu einem Wohngebäude umgebauten Schule. Bild: Ub
Wärmepumpen können auch in Bestandsgebäuden nachgerüstet werden, wie hier bei einer zu einem Wohngebäude umgebauten Schule. Bild: Ub

3. Solarthermie

Solarthermie kommt an zweiter Stelle der regenerativen Wärmequellen. Schätzungsweise zwei Millionen Solarthermieanlagen stehen auf deutschen Dächern. Die Effizienz von Solarthermie bemisst sich auch an der Gegend, in der die Anlage steht. Ein Wert, mit dem man dies bestimmen kann, ist der Annual Collector Output (ACO). Er wird für drei Standorte bei drei verschiedenen Temperaturniveaus (25°, 50°, 75°) ermittelt und in einzelnen Dokumenten zu jedem Kollektortyp festgelegt. Zu finden ist er in der Solar Keymark Datenbank, die im Internet frei zugänglich ist.

Die Neigung der Module sollte idealerweise 45° betragen und 15° nicht unterschreiten, da sonst eine Selbstreinigung bei Schneefall nicht mehr möglich ist. Die Fläche sollte zudem im Jahresverlauf der Sonne, aber auch durch zukünftig wachsende Bäume unverschattet bleiben – eigentlich eine Binsenweisheit, die jedoch immer wieder missachtet wird.

Die planerischen Grundlagen sind nicht nur durch die Standortwahl deutlich aufwendiger als bei anderen erneuerbaren Wärmequellen. Entscheidend für die Auslegung sind aktuelle und prognostische Verbräuche. Letztere sind schwer abzuschätzen und können sich im Laufe der Zeit verändern – etwa bei dem Klassiker einer Familie, deren Kinder nach und nach das Haus verlassen. Denn für zwei Personen lohnt sich eine Solarthermieanlage meist nicht. Bei einer Heizungsunterstützung muss die Anlage deutlich größer ausfallen. Aber auch hier sind Deckungsgrade jenseits von 50 Prozent nicht anzustreben, da die im Sommer anfallende Wärme nicht abgeführt werden kann. Für die Auslegung zu nutzen wäre die Berechnungsmethodik der EnEV und der DIN V 18599-1/-5/-8. Zudem gibt es sehr gute Solarthermie-Simulationssoftware, etwa von GetSolar oder Hottgenroth.

Entsprechend muss auch der Pufferspeicher geplant werden. Der kann immer etwas größer gewählt werden. Bei dem zuvor genannten Deckungsgrad von 50 Prozent für die reine Warmwasserbereitung reichen 1 bis 1,3 Quadratmeter Kollektorfläche und 60 bis 80 Liter Pufferspeicher pro Person aus. Für die Heizungsunterstützung sollte die Kollektorfläche das Zwei- bis Zweieinhalbfache davon betragen. Beim Pufferspeicher sind hier, so eine Empfehlung des BDH, 50 Liter je Person und nochmals 50 Liter je Quadratmeter Kollektorfläche einzuplanen. Ein gängiger Fehler, insbesondere bei Bestandssanierungen: Der Speicher passt weder durch Fenster noch Türen. Dabei reicht schon ein Nichtbeachten der Kippmaße aus. Auch niedrige Kellerdecken können die Montage eines richtig ausgelegten Speichers verhindern, wenn die Dämmschicht nicht beachtet wurde.

Als grobe Richtschnur können die folgenden Werte dienen, die sich an den im Gebäude wohnenden Personen orientieren:

Zweck der Solarthermie

Flachkollektoren m² je Person

Röhrenkollektoren m² je Person

Warmwasserbereitung (WW)

1,5

1

Heizungsunterstützung und WW

3

2

Tipp: Der DGS-Leitfaden Solarthermische Anlagen bietet zahlreiche Tipps und Hilfestellungen und kann auf der Seite der DGS heruntergeladen werden. www.dgs.de

Solarthermie zur Warmwasserbereitung

  • Vorteile: geringe Investition, geringer Flächenbedarf, hoher Deckungsgrad möglich
  • Nachteile: geringe Energieeinsparung

Solarthermie zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung

  • Vorteile: interessante Zuschüsse, größere Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern und deren Preisen
  • Nachteile: höhere Investition und dadurch längere Amortisationsdauer, Dach muss ideal geneigt sein (ansonsten Aufständerung nötig), größerer Platzbedarf

Vorteile der Kollektoren

  • Flachkollektoren: besserer Schneeabfluss, möglicher Indach-Einbau
  • Röhrenkollektoren: höherer Ertrag, geringerer Flächenbedarf, niedrigere Wärmeverluste, geringerer Leistungsabfall bei diffuser Einstrahlung, leichte Montage und Austausch einzelner Röhren im Schadensfall möglich

4. Wärmepumpe

Im Neubau ist die Wärmepumpe nach Erdgas die zweitbeliebteste Wärmequelle. Dabei ist sie, je nach Strommix, in den seltensten Fällen rein regenerativ. Dennoch wird sie fördertechnisch als solche betrachtet. Derzeit leidet die Technologie, wie schon oben beschrieben, unter einem hohen Strompreis. Selbst mit 20 Eurocent je kWh für einen Wärmepumpentarif ist sie bei einer Jahresarbeitszahl von Vier kaum wirtschaftlicher als ein Gas-Brennwertgerät. Der Vorteil ist jedoch, dass Luft-Wasser-Wärmepumpen inzwischen nicht mehr kosten als solch ein Kessel. Und: Zumindest Solewärmepumpen können im Sommer ein Haus zu äußerst geringen Kosten kühlen. Das kann kein anderes regeneratives Heizsystem.

Planerisch ist bei Luft-Wasser-Wärmepumpen insbesondere die Heizlast zu beachten und, aufgrund des Schallschutzes, der Abstand zu benachbarten Grundstücken. Bei erdbasierten Systemen kommt noch die Auslegung der Sonden hinzu.

  • Vorteil: erfüllt alle gesetzlichen Bedingungen auch in Zukunft
  • Nachteil: hoher Strompreis, je nach Technologie hohe Investition

5. Photovoltaik für Wärmepumpe

Wenn über eine Wärmepumpe nachgedacht wird, kann man deren Strom zu Teilen auch mit einer eigenen Stromerzeugung mittels Photovoltaik (PV) abdecken. Die Planung einer solchen Anlage ist deutlich einfacher als etwa die von Solarthermie. Neigungsgrade und regionale Planungsgrundlagen gelten aber im gleichen Umfang. Normalerweise wird PV in Südausrichtung ausgelegt. Sie kann aber auch auf Ost- und Westseiten von Dächern angebracht werden. Die Erzeugung erfolgt so entsprechend des Sonnenverlaufs. Für den Betrieb einer Wärmepumpe mit kontinuierlichen Arbeitszeiten während des Tages ist diese Auslegung sogar die sinnvollere.

Folgende Werte kann man bei der üblichen Südausrichtung und 25-30° Neigung zur Horizontalen annehmen:

1 kW = 8 m² = 900 kWh/a

1 m² Modulfläche = 120 W

4 kW-PV-Anlage = 32 m² = 3.600 kWh/a

Tipp: Die Europäische Kommission bietet kostenlos zur Ertragsberechnung das Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) an. Es steht auf mehreren Webseiten auch in deutscher Sprache zur Verfügung.

  • Vorteile: gute Eigenabdeckung möglich, einfache Installation, PV in der Installation günstiger als Solarthermie
  • Nachteile: Einigung mit Netzbetreiber, strenge Brandschutzbestimmungen, bei Einbindung eines Batteriespeichers (noch) sehr hohe Investitionskosten

Der nächste Teil der Serie am 11.06.2019 wirft einen Blick auf die Warmwasserbereitung. Die kann im Pufferspeicher zentral oder in Frischwasserstationen dezentral erfolgen. In beiden Systemen sind Speicher denkbar, in letzteren jedoch nicht nötig.

Bisher erschienen:

1. Was ist Eigenversorgung und welche Komponenten braucht man dafür?
2. Wie ist die rechtliche Lage bei Strom-Eigenerzeugung und -verbrauch?
3. Welchen Bedarf hat ein Gebäude an Strom und wie plant man Eigenproduktion und  Eigenverbrauch?
4. Wie werden Stromspeicher in ein System zur Eigenversorgung eingebunden?
5. Wie erzeugt man selbst Strom? – BHKW
6. Wie erzeugt man selbst Strom? – Brennstoffzelle
7. Wie erzeugt man selbst Strom? – PV
8. Wie erzeugt man selbst Strom? – Andere Lösungen wie Miniwindanlagen
9. Welchen Wärmebedarf hat ein Gebäude?
10. Welche Rolle spielen Wärmespeicher bei der Deckung des Wärmebedarfs?
11. Welche Wärmeerzeuger sind zukunftsfähig?

Demnächst erscheinen:

12. Wie sollte die Warmwasserbereitung erfolgen?
13. Praxisbeispiele von Gebäuden mit hoher Eigenabdeckung an Strom und Wärme

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