Sonnenkollektoren decken in sogenannten Solaraktiv-Häusern mit zwischen 50 und 100 Prozent den größten Teil des Wärmebedarfs. Pelletsöfen kommen oft für den Rest auf. Um einen hohen solaren Anteil zu erreichen, braucht es recht große Wärmespeicher. Sie erhöhen die Kosten und benötigen Platz. Im Projekt Heizsolar haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der Solar- und Wärmetechnik aus Stuttgart, der Technischen Universität Ilmenau sowie des Sonnenhaus-Instituts neun Sonnenhäuser über mehrere Heizperioden vermessen. Nun liegen die Ergebnisse vor.
Solaraktiv-Häuser mit 70 Prozent Deckung am wirtschaftlichsten
Mit mehr als 1.700 realisierten Gebäuden können Solaraktiv-Häuser nicht mehr als Randerscheinung gelten. Doch bislang fehlte es an einer wissenschaftlichen Bewertung ihres Wärmeversorgungskonzeptes. “Sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus technischer und praktischer Sicht sind Solaraktiv-Häuser mit einer solaren Deckung zwischen 60 und 70 Prozent derzeit am sinnvollsten”, sagt Fraunhofer ISE-Gruppenleiter Gerhard Stryi-Hipp. Um deutlich über 80 Prozent zu kommen, würde die in diesen Häusern übliche Wärmespeicherkapazität von etwa einer Woche nicht mehr ausreichen. Eine saisonale Speicherung würde erforderlich, was mit zusätzlichen Kosten verbunden sei. “Prinzipiell ist ein größeres Speichervolumen vorteilhaft, doch Simulationen zeigen uns, dass dieses von heute typischerweise 100 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche bei gleicher solarer Deckung reduziert werden könnte – auf etwa 50 Liter. Dafür wäre allerdings eine größere Kollektorfläche oder gegebenenfalls eine höhere Kollektoreffizienz erforderlich.”
Alternativen bei Speicher denkbar
Die Abwärme der im Gebäude stehenden Energiespeicher trägt im Winter zur Wärmedeckung bei, im Sommer kann sie zu einem Überhitzungsproblem führen. Oberhalb des Speichers angebrachte Lüftungssysteme oder eine Installation des Tanks im Treppenhaus können Abhilfe schaffen. “Generell spielt die Abwärme des Speichers mit etwa fünf bis zehn Prozent nur eine geringe Rolle bei der Wärmeversorgung der Gebäude”, erklärt Stryi-Hipp. Somit seien auch erdvergrabene Behälter außerhalb des Gebäudes eine Alternative, wenn es Platzprobleme im Gebäude gebe. Die Forscherinnen und Forscher untersuchen außerdem die Möglichkeit, zwei getrennte Speicher für Warmwasser und Heizung einzusetzen. Bislang wurden solche Varianten nur vereinzelt in der Praxis umgesetzt. Simulationsergebnisse zeigen aber, dass diese Lösungen für Solaraktiv-Häuser interessant sein könnten.
Effizienz der Kollektoren hat nur geringen Einfluss
Im Projekt Heizsolar zeigte sich, dass besonders effiziente Kollektoren keine wesentlichen qualitativen Vorteile in Sonnenhäusern bringen. Das liegt daran, dass ein höherer Wirkungsgrad vor allem in der intensiven Heizphase zwischen Mitte November und Mitte Februar zu höheren Erträgen führt. In der Zeitspanne ist zwar der Wärmebedarf hoch, doch aufgrund der geringen Einstrahlung können die Kollektoren nur eine geringe Energiemenge gewinnen. Eine höhere Effizienz steigert den Wärmeertrag deshalb nur geringfügig. In der Sommerperiode, die die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zwischen April und Oktober ansetzen, erzeugt die Solaranlage deutliche Überschüsse und die Effizienz der Kollektoren spielt keine Rolle. Ein Unterschied ist deshalb nur in der Übergangszeit im Frühjahr und Herbst relevant, weshalb die in Deutschland üblichen Flachkollektoren mit guter Leistungsfähigkeit für Solaraktiv-Häuser laut Stryi-Hipp ausreichen. Derzeit tragen die Projektbeteiligten die verschiedenen Messergebnisse zusammen und nehmen letzte Auswertungen vor. Im Herbst 2015 wird ein BINE-Projektinfo zu Heizsolar erscheinen.
