Solare Warmwasserbereitung – Ein- und Zweifamilienhäuser

Im laufenden Betrieb entfallen etwa 30 bis 50 Prozent des Energiebedarfs von Ein- und Zweifamilienhäusern auf die Warmwasserbereitung. Angesichts dieser Größenordnung bietet die Nutzung der Sonne zur solaren Warmwasserbereitung eine nachhaltige und zugleich wirtschaftlich attraktive Option. Außerhalb der Heizsaison ist eine vollständige Abdeckung des Warmwasserbedarfs in Ein- und Zweifamilienhäusern möglich. In der Heizsaison können thermische Solaranlagen die Heizlast aber immer noch spürbar reduzieren. Je nach Systemauslegung lassen sich somit jährlich 60 bis 80 Prozent des Warmwasserbedarfs solar decken. Heiztechnikhersteller bieten dafür Komplettpakete mit Pufferspeicher, Regler, Kollektor und Pumpe – sowohl für die reine Trinkwassererwärmung als auch für die Heizungsunterstützung.

Gallerie

Systemtypen und Funktionsweisen

Solare Warmwasserbereitungssysteme lassen sich primär nach der Art der Zirkulation des Wärmeträgermediums in aktive und passive Systeme unterteilen.

Aktive Systeme nutzen Pumpen und Regelungstechnik zum Transport der gewonnenen Wärme in den Leitungen. Hierbei wird wiederum in zwei Haupttypen unterschieden:

• Direktzirkulationssysteme pumpen das zu erwärmende Trinkwasser direkt durch die Solarkollektoren und in den Warmwasserspeicher. Diese Systeme besitzen eine hohe Betriebseffizienz, da Verluste durch einen Wärmetauscher vermieden werden. Sie sind allerdings frostempfindlich und eignen sich daher für milde Klimazonen.
• Indirektzirkulationssysteme hingegen verwenden ein separates, nicht gefrierendes Wärmeträgermedium, etwa ein Glykol-Wasser-Gemisch, das durch das Kollektorensystem zirkuliert und die aufgenommene Wärme über einen Wärmetauscher an das Trinkwasser abgibt. Diese Systeme können auch in Regionen mit Frostgefahr eingesetzt werden. Obwohl die Effizienz durch den zusätzlichen Wärmetauscher etwas geringer sein kann, eignen sich indirekte Systeme in den meisten Klimazonen Deutschlands für einen zuverlässigen Betrieb.

Gallerie

Passive Systeme kommen ohne Pumpen aus und nutzen natürliche Konvektion (Thermosiphon-Prinzip). Der Speicher ist oberhalb des Kollektors angeordnet, sodass das im Kollektor erwärmte Wasser auf natürliche Weise in den Speicher fließt, während kühleres Wasser nach unten zum Kollektor zirkuliert. Diese Systeme sind einfach, wartungsarm und vor allem in sonnenreichen Regionen wie Südeuropa verbreitet, da ihre Effizienz in Gebieten mit hoher Sonneneinstrahlung am höchsten ist. Eine Sonderform sind ICS-Systeme (Integral Collector Storage), bei denen Kollektor und Speicher in einem Bauteil integriert sind. Sie werden meist als Vorwärmer in milden Klimazonen eingesetzt.

Drain-Down-Systeme und Drain-Back-Systeme schützen sich durch automatisches Entleeren der Kollektoren vor Frost und Überhitzung. Bei Drain-Back-Systemen wird das Wasser in einem Behälter zwischengespeichert und bei Bedarf wieder eingeleitet. 

Komponenten solarer Warmwasseranlagen

Solarkollektoren

• Flachkollektoren bestehen typischerweise aus einem isolierten Gehäuse mit einer dunklen Absorberplatte unter einer transparenten Abdeckung aus Glas oder Kunststoff. Sie sind kostengünstig und arbeiten effektiv bei Temperaturen unter 95 °C.
• Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus mehreren parallelen Glasröhren, in denen ein Vakuum zur Minimierung von Wärmeverlusten herrscht, ähnlich einer Thermoskanne. Sie sind effizienter als Flachkollektoren und können höhere Temperaturen erreichen. Allerdings sind sie in der Anschaffung auch teurer.

Gallerie

Warmwasserspeicher bevorraten das erwärmte Trinkwasser für den späteren Gebrauch. Im Gegensatz zu Pufferspeichern stellen sie höhere Anforderungen an die Hygiene. Es gibt verschiedene Kombinationen mit der Heizungsanlage, etwa Kombispeicher, Thermosiphon-Speicher oder Frischwasserstationen. Eine gute Isolierung und passende Dimensionierung sind entscheidend für Effizienz und Versorgungssicherheit.

Wärmetauscher übertragen in indirekten Systemen die Wärme vom Wärmeträger auf das Trinkwasser, sie könnenintern oder extern verbaut sein. 

Pumpen und Regelung
Pumpen zirkulieren das Medium. Die Regelung überwacht Temperaturen und steuert Pumpen und Ventile. Sensoren schützen vor Frost und Überhitzung und sichern die Effizienz des Betriebs.

Gallerie

Regelwerke und Normen

Den rechtlichen Rahmen bildet in Deutschland das Gebäudeenergiegesetz (GEG). Es schreibt für Neubauten die Nutzung von mindestens 65 Prozent erneuerbarer Energien für die Heizung vor, wobei die Solarthermie explizit als eine dieser Energiequellen genannt wird. Finanzielle Anreize für die Installation solarthermischer Anlagen bietet die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). 

Für Solarthermieanlagen in Deutschland sind verschiedene DIN-Normen und europäische Normen relevant. Hierzu gehören unter anderem die DIN EN ISO 9806, DIN EN 12975, DIN EN 12976 und DIN EN 12977. Das Solar KEYMARK-Zertifikat ist ein europaweit anerkanntes Qualitätszeichen für solarthermische Produkte. Die Normen legen Anforderungen an die Druckfestigkeit, die thermische Leistung, die Sicherheit und die Eignung für Trinkwasser fest. In einigen Regionen und Kommunen in Deutschland gibt es zusätzliche Förderprogramme und Vorschriften für solare Warmwasserbereitungssysteme.

Solare Warmwasserbereitung im Kontext der Energiewende

Solare Warmwasserbereitung reduziert CO₂-Emissionen im Gebäudesektor deutlich und wird durch Förderungen unterstützt. Allerdings konkurrieren Solarthermieanlagen mit Wärmepumpen und Photovoltaik. Je nach Bedarf kann eine Wärmepumpe die effizientere Lösung sein – insbesondere, wenn Strom aus der eigenen PV-Anlage stammt. Umgekehrt aber können solarthermische Anlagen nicht nur zur Warmwasserbereitung, sondern auch zur Raumheizung eingesetzt werden. Eine Kombination mehrerer Systeme kann die Effizienz steigern. Daher empfiehlt sich die Beratung durch Fachleute wie Energieberater*innen zur optimalen Systemwahl.

Fachwissen zum Thema