Solarthermie
Mit der Kraft der Sonne lässt sich neben Strom auch Wärme für Heizung und Warmwasser erzeugen. Solarthermie ist damit ein wichtiger Baustein, um den Anteil der Wärme aus erneuerbaren Energien zu steigern: Die Strahlungswärme der Sonne wird dafür über Solarkollektoren auf ein Speichermedium wie Wasser übertragen und verteilt. Dieser Steckbrief gibt einen Überblick und verweist auf weiterführende Informationen rund um die Technologie.
Definition
Die Wärme der Sonne lässt sich in thermischen Solaranlagen nutzbar machen. Der häufigste Anwendungsfall ist die Erwärmung von Brauch- und/oder Heizungswasser in Wohngebäuden. Sie kann aber auch zur Kälteerzeugung, als solare Schwimmbadbeheizung, zur Bereitstellung von Prozesswärme und zur Stromerzeugung durch solarthermische Kraftwerke genutzt werden. Eine Herausforderung besteht darin, dass der Wärmeertrag von Solarthermieanlagen im Sommer am größten ist, die meiste Wärme aber im Winter benötigt wird. Große saisonale Speicher sind notwendig, um die Wärmemengen aus dem Sommer im Winter nutzen zu können. Der große Vorteil der Solarthermie ist ihr hoher Wirkungsgrad: Etwa 40 bis 60 Prozent der Sonnenenergie kann in nutzbare Wärme umgewandelt werden. (Vgl. BürgerBegehren Klimaschutz 2023; C.A.R.M.E.N. 2023)
Eine Solarthermieanlage besteht aus einem Kollektor (zum Beispiel einem Flach- oder Röhrenkollektor), einem bivalenten Solarspeicher oder Kombispeicher sowie einem Solarregler. Die Sonneneinstrahlung auf die Kollektoren erwärmt direkt oder indirekt eine in den Solarthermiekollektoren zirkulierende Solarflüssigkeit. Mittels eines Wärmeübertragers kann diese Wärme direkt genutzt oder an einen Speicher abgegeben werden. Anschließend wird die so abgekühlte Flüssigkeit wieder in den Kollektoren erwärmt. Die Solarkollektoren können, vergleichbar mit bereits vielerorts vertretenen Photovoltaikanlagen, in großer Dimension auf Freiflächen stehen und in kleinerer Ausführung auf dem Dach eines Gebäudes, an der Fassade oder auf dem Garagendach installiert werden (vgl. dena 2024).
Die Agentur für Erneuerbare Energien hat die Nutzung eine Solarthermieanlage für Brauch- und Heizungswasser in einer Grafik schematisch dargestellt.
Bei Solarthermie handelt es sich um eine primäre Wärmequelle, also eine natürlich oder erneuerbar vorkommende Umwelt-Energie. Diese Energiequellen können in Wärme umgewandelt werden (zum Beispiel Solar- oder Geothermie) oder die Grundlage für sekundäre Wärmequellen bilden (zum Beispiel für die Umwandlung von Biomasse in Biogas).
Arten von Solarthermie
Um die Wärme der Sonne nutzbar zu machen, dienen Sonnen- beziehungsweise Solarkollektoren in unterschiedlichen Bauformen und Funktionsprinzipien für verschiedene Anwendungsgebiete sowie Arbeitstemperaturen (siehe Tabelle, Quelle: C.A.R.M.E.N 2023). Es gibt drei Arten von Kollektoren: Flach- und Vakuumröhrenkollektoren sowie unverglaste Kollektoren.
| Anwendungsgebiet | Arbeitstemperatur in °C | Kollektortechnologien |
| Trinkwassererwärmung | 20 – 100 | Flach- und Vakuumröhrenkollektoren |
| Raumheizung (Luftsysteme) | 20 – 30 | Flachkollektoren |
| Raumheizung (Niedertemperatursysteme) | 30 – 100 | Flach- und Vakuumröhrenkollektoren |
| solare Schwimmbadbeheizung | 20 – 40 | unverglaste Kollektoren |
Ergänzende Erläuterung Vakuum-Kollektoren für Fernwärme (FW) und Prozesswärme
Vakuum-Kollektoren erzielen einerseits durch die technisch anspruchsvollere Konstruktion (Verspiegelung und Vakuumröhre) schon bei diffuser Einstrahlung (Himmelslicht) höhere Erträge als Flachkollektoren und können andererseits höhere Temperaturen weit über 100 °C für Anwendungen in der Fernwärme sowie für Prozesswärme erreichen.
Zentrale oder dezentrale Versorgung
Die Solarthermie kann dezentral auf Dächern von Ein- oder Mehrfamilienhäusern oder bei der Bereitstellung von Prozesswärme sowie Schwimmbadbeheizungen genutzt werden. Für die zentrale Anwendung eignet sich Solarthermie, die auf Freiflächen erzeugt wird, meist in Kombination mit einem saisonalen Wärmespeicher.
Quellen
BürgerBegehren Klimaschutz e. V.: WÄRME. WISSEN. KOMPAKT. Solarthermie. 9. August 2023. https://buerger-begehren-klimaschutz.de/wp-content/uploads/2023/06/03_Solarthermie_Factsheet_BBK.pdf, Zugriff am: 3. März 2025.
Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk (C.A.R.M.E.N.): Solarthermie. Technik, Anwendung und Förderung. Juni 2023. https://www.carmen-ev.de/wp-content/uploads/2023/04/Solarthermie_2023.pdf, Zugriff am: 3. März 2025.
Deutsche Energie-Agentur (dena): Wärmeerzeugung im Gebäudebestand mit erneuerbaren Energien. Solarthermie-Hybridheizung. Januar 2024. https://www.gebaeudeforum.de/fileadmin/gebaeudeforum/Downloads/Factsheet/Factsheet_65ProzentEE_06_Solarthermie.pdf, Zugriff am: 3. März 2025.
Technologien für die Kommunale Wärmewende
Erkunden Sie weitere Wärmewendetechnologien.
