RATGEBER

Die Kraft der Sonne nutzen: Solaranlagen und Durchlauferhitzer

Als Hausbesitzer ist man immer mit der Frage konfrontiert, wie man die eigenen Betriebskosten möglichst niedrig halten kann. Eine sehr gute Möglichkeit zur Kostenreduzierung ist die Verwendung einer Solaranlage. Die Sonnenstrahlung zur Energieerzeugung zu nutzen hat nicht nur einen finanziellen Aspekt.

Die Verwendung von Solartechnik hat ebenso einen positiven Effekt auf den Schutz der Umwelt und die Reduzierung von CO2-Emissionen.

Bei der Solarenergie haben Sie grundsätzlich zwei Möglichkeiten. Auf der einen Seite haben Sie die Möglichkeit, mithilfe der Sonnenstrahlung elektrischen Strom zu produzieren. Dieser Form der Sonnenenergiegewinnung wird auch „Photovoltaik“ (PV) genannt. Eine solche PV-Anlage produziert Strom, den Sie einerseits für Ihre eigenen Stromverbraucher nutzen, anderseits aber auch in das öffentliche Netz einspeisen können. Letzteres hat den Vorteil, dass die Einspeisung vom jeweiligen Stromanbieter vergütet wird.

Die Warmwasserbereitung mittels Sonnenstrahlung

Die zweite Möglichkeit, Solarenergie zu nutzen, besteht darin, dass man mithilfe der Sonnenstrahlung Wasser erhitzt. Die Warmwasserbereitung mittels Sonnenstrahlung wird auch „Solarthermie“ genannt. Die Funktionsweise, die dieser Ratgeber noch etwas genauer unter die Lupe nehmen wird, ist eigentlich ganz einfach. Oft wird in diesem Zusammenhang das Beispiel eines Gartenschlauchs verwendet, der zu lange auf der Wiese in der Sonne liegt. In diesem wird das Wasser durch Sonneneinstrahlung erwärmt.

Die Frage ist aber, wie man die Wärme des Wassers speichern kann. Das erledigen spezielle Warmwasserspeicher, die integraler Bestandteil einer thermischen Solaranlage sind. Es gibt jedoch Situationen, in denen die Wärme des Speicherwassers nicht ausreicht. Das kann beispielsweise im Winter der Fall sein. Hier kommen die Durchlauferhitzer ins Spiel. Sie sind zwischen Solarspeicher und Verbraucher (bspw. einem Wasserhahn) geschaltet und erwärmen das durchströmende Wasser nach, um es auf die gewünschte Temperatur zu bringen.

Solarthermie: Was ist das und wie funktioniert es?

Solarthermie ist – wie bereits angedeutet – eine Technik, die die Sonnenstrahlung nutzt, um damit Wasser zu erwärmen. Für die eigenen vier Wände, bzw. für das Eigenheim stehen hierfür ideale Bedingungen zur Verfügung. Ein Beispiel: Bei einem Haushalt mit vier Personen ergeben sich – auf das Jahr gerechnet – nur wenige bis keine Schwankungen hinsichtlich des Wasserverbrauchs. Dies kann sich natürlich verändern, wenn Personen hinzukommen oder wegfallen.

Mit einer thermischen Solaranlage haben Sie die Möglichkeit, verschiedene Wasserverbraucher anzuschließen. Im Regelfall betrifft dies die Warmwasserbereitung für das Trinkwasser und verschiedene wasserziehende Geräte, wie zum Beispiel die Waschmaschine und den Geschirrspüler. Bei Letzteren lohnt es sich, auf Geräte mit einem separaten Warmwasseranschluss zurückzugreifen. Weiterhin haben Sie auch die Möglichkeit, die Beheizung Ihrer Räume durch die Verwendung einer Solaranlage zu unterstützen.

Was eine Solarthermieanlage leisten kann

Eine Solarthermieanlage kann bei optimalen Bedingungen und einer bestmöglichen Ausnutzung bis zu 65% Ihres jährlichen Warmwasserverbrauchs decken. Schaut man sich das Jahr etwas genauer an, ergeben sich einige wichtige Gesichtspunkte. In den sonnenintensiven Sommermonaten müssen keine Räume beheizt werden. Der Warmwasserverbrauch kann hier zu meistens 100% von der Solarthermieanlage übernommen werden. In den übrigen sonnenarmen Monaten hingegen muss die Solarthermieanlage durch ein herkömmliches Heizsystem unterstützt werden. Hier kommt der Durchlauferhitzer mehr zum Einsatz. Dadurch, dass die Sonnenstrahlung nicht ganz ausreicht, um das Wasser auf eine entsprechende Temperatur zu erwärmen, wird mit seiner Hilfe bei Bedarf nachgeheizt.

Sie denken, das hört sich alles noch sehr unausgereift und wenig vertrauenswürdig an? Tatsächlich ist die Solaranlage für das Eigenheim eine sehr ausgereifte und solide Technik. Sie besitzt eine lange Lebensdauer von durchschnittlich 20 Jahren und ist – einmal installiert – relativ wartungsarm und störunanfällig. Darüber hinaus macht es keinerlei Probleme, eine solche Anlage auch nachträglich mit einer schon vorhandenen herkömmlichen Heizanlage zu koppeln.

Die Funktionsweise thermischer Solaranlage

Eine thermische Solaranlage besteht aus vier wesentlichen Bestandteilen:

  • Sonnenkollektor
  • Solarregler
  • Umwälzpumpe
  • Warmwasserspeicher

Die Sonnenkollektoren werden auf dem Dach installiert und wandeln die auftreffende Sonnenstrahlung in Wärme um. Hier haben sich drei verschiedene Arten von Kollektoren entwickelt. Flachkollektoren, Röhrenkollektoren und Luftkollektoren. Die am weitesten verbreitete Art ist der Flachkollektor. Er besteht aus einer schwarzen Platte, die Absorber genannt wird. An seiner Oberfläche wird die Strahlung in Wärme umgewandelt, die sich auf eine Flüssigkeit überträgt, die sich im Inneren des Absorbers befindet. Diese Wärmeträgerflüssigkeit wird mithilfe einer Umwälzpumpe zum Warmwasserspeicher geführt. Hier geht die Wärme von der Trägerflüssigkeit auf das Speicherwasser über und erwärmt dieses. Die nun kalte Wärmeträgerflüssigkeit wird daraufhin zum Kollektor zurückgepumpt. Der Kreislauf ist geschlossen.

Der Solarregler ist dabei das „Gehirn“ der Anlage. Er misst ständig die Temperaturen im Wasserspeicher und am Kollektor. Wenn die Temperatur des Kollektors höher liegt als im Wasserspeicher, schaltet der Solarregler die Umwälzpumpe ein. Diese setzt die Zirkulation der Wärmeträgerflüssigkeit (ein Gemisch aus Wasser und ökologisch abbaubarem Frostschutzmittel) in Gang. Die beiden anderen Kollektorarten funktionieren nach demselben Zirkulationsprinzip, benutzen jedoch unterschiedliche Wärmeträgermedien.

Wie funktioniert ein Durchlauferhitzer

Die gerade beschriebene Funktionsweise einer Solaranlage greift besonders in sonnenintensiven Regionen bzw. Monaten. Das warme Wasser strömt dann – je nach Bedarf – vom Warmwasserspeicher zum jeweiligen Verbraucher (Waschmaschine, Wasserhahn etc.). In sonnenarmen Zeiten benötigt die Solaranlage jedoch Unterstützung bei der Wassererwärmung. Diese Nachheizung kann ein Durchlauferhitzer bewältigen. Er wird zwischen Warmwasserspeicher und Wasserverbraucher installiert. Doch was macht so ein Durchlauferhitzer eigentlich genau? Ein Beispiel mit einem Wasserhahn:

Wenn Wasser an einem Wasserhahn entnommen wird, erkennt der Durchlauferhitzer den Durchfluss. Zwar kann das Wasser, das sich zwischen Erhitzer und Wasserhahn befindet, nicht mehr erwärmt werden. Daher geht immer eine gewisse Menge an kaltem Wasser zunächst verloren. Deswegen sollte der Durchlauferhitzer auch in aller nächster Nähe zum Wasserhahn installiert sein, um eine möglichst gute Energiebilanz zu erhalten.

Die Detektion des Wasserdurchflusses geschieht bei hydraulisch funktionierenden Durchlauferhitzern mittels eines Differenzdruckschalters. Dieser funktioniert rein mechanisch und registriert den Druckunterschied beim Wasserzapfen. Elektronische Durchlauferhitzer, die zumeist im Zusammenspiel mit Solaranlagen zum Einsatz kommen, haben noch eine zusätzliche elektronische Baugruppe bzw. einen sogenannten Turbinen-Durchflussmesser. Hier kann die Detektion stufenlos und unabhängig von den Druckverhältnissen erfolgen.

Die Wärmeübertragung geschieht hierbei durch einen Wärmetauscher. Wärmetauscher werden meistens aus Kupfer hergestellt, da das Metall ein idealer Wärmeleiter ist. Der Wärmetauscher besteht zumeist aus einem Kupferbehälter mit zwei Wasseranschlüssen. In diesem Behälter sind Heizspiralen integriert, die direkt vom Wasser umflossen werden.

Der Durchlauferhitzer innerhalb einer Solarthermie-Anlage

An sonnenarmen Tagen reicht die Energie oft nicht aus, um die Warmwasserzubereitung zu 100 % zu gewährleisten. Dies betrifft für unsere Breiten vor allen Dingen den Winter sowie die Übergangszeiten im Frühjahr und im Herbst. Die fehlende Energie muss daher mithilfe konventioneller Nacherwärmung realisiert werden. Am besten geeignet sind hierbei elektronische Durchlauferhitzer, da nur bei diesen die geradgenaue Vorwahl der Temperatur gewährleistet ist. Sind diese optimal installiert, können diese strombetriebenen Durchlauferhitzer bis 20% an Strom sparen im Vergleich zu hydraulikbasierten Geräten.

Elektronische Durchlauferhitzer können – bei hohen Volumenströmen von Wasser – an Leistungsgrenzen geraten. Für die Koppelung mit einer Solaranlage spielt das Sicherheitssystem daher eine große Rolle. Zwar besitzen die Geräte einen Volumenstrombegrenzer, dennoch muss das Gerät im Fehlerfall abgeschaltet werden können. Dies wird durch ein Sicherheitssystem ermöglicht, das unabhängig von der Regelelektronik arbeitet. Die volumen- und leistungsabhängige Abschaltung erfolgt dabei, wenn unterhalb eines bestimmten Mindestvolumenstroms eine Heizleistung eingeschaltet ist.

Solaranlage und elektronischer Durchlauferhitzer: Zahlen

Die Kombination von thermischer Solaranlage und einem elektronischen Durchlauferhitzer kann man in vielen Relationen betrachten. Die Technik ist in jedem Fall, was die Relation Kosten–Leistung–Umweltschutz angeht, sehr sinnvoll, da der Durchlauferhitzer nur den Teil der Nachheizung übernimmt.

Die Solaranlage ist bei sonnenintensiven Tagen in der Lage, das Wasser bis hin zu 50 Grad Celsius zu erwärmen. Dies ist die durchschnittlich gewünschte Zapftemperatur von Warmwasser. In den sonnenarmen Monaten übernimmt der Durchlauferhitzer die Nachheizung, wenn die Temperatur unter 40-50 Grad Celsius gefallen ist. Die Nutzung der Sonnenenergie ist in diesem Modell zu jeder Zeit zu 100 % ausgenutzt. Sie heizt selbstverständlich auch in den Wintermonaten, nur in geringerem Maße.

Ein weiterer Vorteil spricht für den Einsatz dieser Hybridtechnik. Die zukünftig geringen Heizleistungen der Wärmeerzeuger (ca. 4 – 11 kW) Heizräume und Heizkeller entfallen vollkommen.

Es gibt keinen Abschnitt über Zahlen, der nicht auch den Anschaffungspreis in den Blick nimmt. Einfache elektronische Durchlauferhitzer für die Untertischmontage mit einer minimalen Leistung von 3,5 Kilowatt beispielsweise sind bereits für knapp über 100 Euro zu haben. Je höher die Leistungsanforderungen, umso teurer. Elektronische Durchlauferhitzer mit bis zu 36 kW Leistung liegen beim Anschaffungspreis bereits im vierstelligen Bereich.

Allgemeine Hinweise und Tipps zum Erwerb von Durchlauferhitzern

Kaufen Sie nie die Katze im Sack, sondern lassen Sie sich beraten. Fragen Sie einen Fachmann, ob ihr favorisierter Durchlauferhitzer für die Kombination mit einer Solaranlage gedacht ist. Bekannte Marken von Duchlauferhitzerherstellern sind beispielsweise, Stiebel Eltron, Vaillant, Clage, Siemens oder AEG. Beim Kauf sollten Sie in jedem Fall darauf achten, dass das Gerät zertifiziert ist.