die Nutzung der Sonne zur Gewinnung von Wärme nennt man Solarthermie (im Gegensatz zur Photovoltaik)

Laut Aussage von Dr.Harry Lehmann (UBA) ist die Solarthermie eine der 7 tragenden Säulen einer nachhaltigen Energieversorgung. Leider wird sie regelmäßig unterschätzt was ihre Leistungsfähigkeit anbelangt.
Die solare Einstrahlung in Landsberg beträgt 1168 kWh pro m² und Jahr.
Was kann man - also der Laie - sich nun darunter vorstellen ?
Ein Liter Öl oder 1m³ Erdgas enthält zum Vergleich ca. 10 kWh (thermisch).
Also erhalten wir eine eingestrahlte Energiemenge (die Lichtquanten sind praktisch 100% Exergie, also frei verfügbare und arbeitsfähige Energie!) von rund 110 Liter Öl pro m² Boden und Jahr. Hochgerechnet auf den Grund der Stadt Landsberg sind dies 58.000.000 mal 110 = 6.380.000.000 l Öl Äquivalent, also mehr als 6 Milliarden Liter! Als Würfel dargestellt bräuchte man für diese Menge einen kubischen Tank mit einer Kantenlänge von 1855 m. Dies sollte wohl doch eine ganze Weile zum Heizen reichen - oder?


Beispielhaft finden Sie hier die Beschreibung meiner eigenen Anlage inklusive der Erträge.

bitte Bild Anklicken! (Link auf das aktuelle Online-Schema)

Für das zurückliegende Jahr liegt mein solarer Deckungsgrad bei rund 40%. Der solare Ertrag betrug 4295 kWh. Der Anteil der Pellets mit 1,3 t am Gesamtverbrauch beläuft sich auf weitere 6500 kWh.
Noch ein Wort zum durchschnittlichen Pelletsverbrauch: Vom 13.12.2012 bis zum 6.4.2016 wurde das Gebäude mit genau 4,78 t Pellets beheizt. Im Mittel bedeutet dies einen Verbrauch von weniger als 1,5 t oder 7500 kWh pro Jahr.

Beschreibung (kurz)

  • Kollektorhersteller: Viessmann
  • Größe der Kollektorfläche: 10,04 m² brutto, 9,2 m² Absorberfläche
  • Installateur der Anlage: Fa. Merkl, Reisch
  • Kosten der Anlage und des Einbaus: ca. 32 T€ inkl. Heizungsumbau von Öl auf Pellets (Kessel VITOLIG 300 von Viessmann; nach erfolgter Wärmedämmung des Gebäudes eingestellt auf 9,9 kW Heizleistung (2010)), Öltankentsorgung und Bau des Pelletlagers für 5.000 kg Inhalt, entsprechend 2500 l Heizöl.
  • Baujahr: 2008 (November)
  • Sonstiges: Baujahr des Wohngebäudes 1954, ursprünglich bewohnt mit 2 Personen, tatsächlicher Wärmebedarf früher im langjährigen Mittel 2400 l Heizöl (entspricht 24.000 kWhthermisch) p.a.; Dämmung der Außenhülle des Gebäudes in 2010 auf aktuellen ENEV-Stand.
  • Heizlast kleiner 10 kW bei -15°C Außentemperatur im Beharrungszustand. 1 Heizkreis mit 60°C Vorlauftemperatur für 7 Radiatoren, eine Fußbodenheizung und eine Randleistenheizung jeweils mit Begrenzung der Rücklauftemperatur auf höchstens 25°C durch ein Thermostatventil.
  • Warmwasserbedarf 100l/Tag bei 55°C
  • Wärmespeichergöße: 750 l Fabrikat Feuron
  • mit Heizungsunterstützung
  • Jahreserträge : wurden gemessen und grafisch aufbereitet (s.u.), sind aber mit Vorsicht zu geniessen, da der damalige sog. Wärmemengenzähler (WMZ / von Viessmann) den Durchfluß nicht wirklich gemessen hat. U.a. deshalb ließ ich im Sommer 2014 einen neuen Regler UVR 1611 von TA mit echtem WMZ einbauen.

noch eine Erklärung zum besseren Verständnis der Grafiken: trotz gleichen Sonnenstandes sind die Aprilerträge regelmäßig höher als die Septembererträge, weil im April die Außentemperaturen wesentlich niedriger sind als im Herbst, so daß das Wärmeangebot aus dem Pufferspeicher besser genutzt werden kann! Die Erträge resultieren eben nicht nur aus dem Angebot, sondern vor allem auch aus der Nachfrage.


für 2010 ergibt sich eine solare Deckungsrate von 23% und für 2011 sogar 47%! Dies ist deutlich mehr als die Simulationsrechnung erwarten lies.


Pro Quadratmeter Kollektorfläche sind dies erstaunliche 640 kWh. Allerdings war 2011 auch überdurchschnittlich sonnig, vor allem im November.
(Aus dem Pelletverbrauch in 2009 in Höhe von 3,19 t errechnet sich ein Aufwand an Endenergie von 16.000 kWh plus 4726 kWh an Solarertrag.)
Der Kessel selbst war ca. 7 Monate im Jahr 2009 (und auch 2010, 2011) komplett aus. Dies hat indirekt über die Stromeinsparung weitere 1000 kWh an Primärenergie eingespart. Somit ist der Jahresgesamtertrag 2009 zu ca. 5100 kWh oder ca. 510 l Öl äquivalent und dies trotz Verschattung des Garagendachs am Vormittag durch das höhere Hausdach.
Für 2011 errechnet sich ein Aufwand an Endenergie von 7.200 kWh für 1,44 t Pellets und zusätzlich bei der Solarthermie ein Ertrag von 6400 kWh. Somit ergibt dies eine solare Deckung von 47%. Den überraschend niedrigen Verbrauch an Pellets und die hohe solare Deckungsrate führe ich u.a. auf meine 3 Lüftungsgeräte von Herrn Feustle mit Gegenstromwärmetauscher zurück die mir halfen die Lüftungswärmeverluste klein zu halten.
(Tages-Ertrag am sehr sonnigen Sylvester im Dezember 2013: 41 kWh - bei Speichertemperaturen um die 30°C, da der Puffer morgens leer war.) An solchen Tagen heizt die Sonne das ganze Haus auch bei Außentemperaturen um den Gefrierpunkt ganz ohne Pelletkessel!
Auch der sehr sonnige Dezember 2015 hat gezeigt, daß es möglich ist bei Außentemperaturen von etwa Null Grad das Haus ohne den Kessel komplett zu beheizen. Natürlich geht das nur weil das Haus 30% unter der ENEV 2009 liegt beim Heizwärmebedarf. Ohne Dämmumg keine Chance! Der Pelletkessel kam in 2015 gerade noch auf 658 Betriebsstunden! Dies reduziert natürlich auch den Stromverbrauch der kompletten Heizungsanlage ganz erheblich.


Beschreibung Details

  • Eigentlich wollte ich ja ursprünglich einen deutlich größeren Pufferspeicher mit mindestens 1000 l Inhalt. Dies war nicht möglich wegen der niedrigen Kellerdeckenhöhe von genau 200 cm. 2 Speicher nebeneinander waren ebenfalls nicht unterbringbar. Daher ergab sich als größtmöglicher Speicherinhalt 750 l. Für diesen Inhalt sind 10 m² Kollektorfläche absolut ausreichend. Ansonsten hätte man auch noch einen weiteren 5. Kollektor auf dem Garagendach unterbringen können. Das Dach des Wohngebäudes kam nicht in Frage wegen Ost/West-Ausrichtung. Das Garagendach hat 45° Neigung und Südausrichtung mit etwa 15° Abweichung (Azimut) nach Westen.
   Foto von der Montage der 4 Kollektoren auf dem Garagendach am 17.11.08 :
   
Der Pufferspeicher verfügt im Solarkreis über eine Schichtlanze zur Exergiegerechten Einbringung der Sonnenwärme. Sie wird von Fa. Feuron AG wie folgt beschrieben: Die Funktion der Sunthermlanze ist relativ simpel, aber dafür auch wirkungsvoll. Im unteren Teil der Lanze, im sogenannten Topf (aus Kunststoff) befindet sich der Solarwärmetauscher aus Edelstahlwellrohr. Dieser WT gibt die Solarenergie an das ihn umgebende Heizungswasser ab. Durch die Änderung der Temperatur des Heizungswassers ändert sich auch dessen Dichte. Daher drückt die Schwerkraft das erwärmte Wasser nach oben in die sogenannte Lanze (Kunststoffrohr mit vielen Löchern). Auf der Höhe im Speicher bei der die Speichertemperatur dem hochstrebenden Wasser entspricht, tritt das erwärmte Wasser aus der Lanze. Das verdrängte kältere Wasser fällt durch die Schwerkraft nach unten, wo es dann von unten in den Sunthermtopf eintritt. Somit ist der Kreislauf geschlossen.
Ist der Speicher soweit beladen, dass das erwärmte Wasser im Topf nicht mehr so erwärmt werden kann, dass es über die Lanze in den Speicher austreten kann, so wird es über die "Nase" am Topf nach aussen gedrückt, so dass auch der untere Speicherbereich erwärmt werden kann.
Das gesamte System funktioniert ohne bewegliche Teile, einfach über Schwerkraft.[^Veröffentlichungen mit freundlicher Genehmigung der Feuron AG^]
  • hier die Schüttleistungstabelle : Attach:SPIRA_Schuettleistungstabelle.pdf
  • hier die Wärmeverluste des SPIRA-Kombispeichers : Attach:Waermeverluste_SPIRA_Kombispeicher.pdf
  • Bei Übergabe der Anlage mitgelieferte Dokumentationen/Druckschriften:
    * VITOLIG 300 Typ VL3A Bedienungsanleitung für den Anlagenbetreiber 5581 506 3/2006
    * VITOLIG 300 Typ VL3A Serviceanleitung für die Fachkraft 5681 618 8/2005
    * Heizkreisregler HKR Serviceanleitung für die Fachkraft 5851 840 9/2005
    * Bedienungsanleitung "Fernbedienung für einen Heizkreis mit Mischer" 5581 422 2/2002
    * VITOSOLIC 100 Bedienungsanleitung für den Anlagenbetreiber 5581 565 8/2007
    * VITOSOLIC 100 Montage- und Serviceanleitung für die Fachkraft 5581 940 8/2007
    * Werkszeichnung und Montageanleitung Feuron Pufferspeicher mit Schichtlanze GH 750 102396 geliefert von Viessmann
   Foto von der Einbindung des Kombispeichers in die 3 Kreise:

Foto von der Heizkreiseinbindung:

  • Verschiedene Solar-Ertragsberechnungen habe ich selbst durchgeführt mit 2 Programmen:
    Hier eine Berechnung mit ESOP 3.0 von Viessmann (eine abgespeckte Version von TSOL Pro 4.5 aus dem Hause Valentin):
   Attach:Variante1esop.pdf
  • Der Versuch einer Wirtschaftlichkeitsberechnung mit der Tabelle des Physikers Dr.Körblein aus Nürnberg:
   Attach:solarwaerme-buttner_pellet.xls
   
  • Als Verbrühschutz in der Trinkwarmwasserleitung ist ein Thermostatmischer Fabrikat ESBE eingebaut:
   
  • Meßtechnik : der Einbau eines Wärmemengenzählers mit echter Durchflußmessung war von mir in Auftrag gegeben worden, wurde aber erst im Sommer 2014 realisiert. Ebenfalls beauftragt wurde ein Warmwasserzähler.
    ->Diese beiden Zähler sind für mich das absolut notwendige Minimum an Meßtechnik um überhaupt über den Ertrag der Anlage eine Vorstellung zu bekommen. Andernfalls gibt es kein Kontrollinstrumentarium um Fehler in der Anlage auch nur erahnen zu können. Ich wage zu behaupten, daß mehr als die Hälfte aller installierten thermischen Solaranlagen nur unbefriedigende Erträge liefern. Wer also die Erträge nicht fortlaufend kontrolliert, hat möglicherweise nur ein Feigenblatt auf dem Hausdach.
   
   Anm.: Warmwasserverbrauch gemessen durchschnittlich 100 l pro Tag.
  • Zuletzt noch ein Blick auf den gemauerten Pelletlagerraum mit 9 m³ Inhalt für 5 t saisonal gespeicherte Sonnenwärme (Anm.: Es erwies sich letztlich als günstiger die bereits vorhandene gemauerte Ölauffangwanne bis zur Decke hochzumauern als die Mauer abzubrechen und ein sog. Sacksilo zu kaufen.) :
    

Erfahrungen und Kontakt

  • gemachte Fehler und Erfahrungen:
    In den Wochen nach der Montage und Inbetriebnahme ergab es sich, daß wegen noch nicht vorhandener Dämmung an den Rohren ich die Oberflächentemperaturen der Verrohrung mit dem Strahlungsthermometer messen konnte. Im nachfolgenden Bild erkennt man, daß die Leitung mit dem Kaltwasserzufluß zum Thermostatmischer (ESBE) sich erwärmt auf 57°C. Zunächst dachte ich, daß dies Wärmeleitung sei. Dazu reicht jedoch die Wärmeleitfähigkeit des Edelstahlrohres nicht aus, wie mir Dr.Körblein vorrechnen konnte. Also blieb eigentlich nur noch Wasser-Zirkulation. Die Zirkulationspumpe plus Absperrhahn hatte ich bereits aus dem Verkehr gezogen. Also blieb nur noch ein defektes Rückschlagventil bzw. Schwerkraftbremse im ESBE-Mischer als Ursache. Diese nicht funktionierende Rückflußverhinderungsfunktion bewirkt, daß der Pufferspeicher sich selbst entlädt nach dem Schwerkraftprinzip. Dieser Defekt wäre mit bereits vorhandener Rohrdämmung von mir gar nicht bemerkt worden. (Anm.: Schaden wurde behoben am 06.02.09 durch Auswechseln des defekten Mischers, trat aber wenige Tage später erneut auf! (Serienfehler??).)
   Attach:temperaturen_esbe1.pdf
  • Was würde ich als Kunde - wenn dies möglich wäre - nicht mehr so, sondern anders machen wollen?:

Extrem bedauerlich fand ich, daß die im Kessel eingebaute Heizungssteuerung nicht kommuniziert mit der Solaranlage. Dies hätte ich von einem Systemhaus wie Viessmann nicht erwartet. Damit fällt für mich im Nachhinein einer der ganz wesentlichen Entscheidungsgründe für genau diesen Hersteller wieder weg. Hier die Werbeaussage aus dem VITOSOL-Prospekt ("Vitosolic: Das intelligente Energiemanagement"):⇒

VITOLIG-Prospektaussage: "Alle Produkte sind bei Viessmann perfekt aufeinander abgestimmt und bieten daher ein Höchstmaß an Effizienz - und zwar von der Planung bis hin zum Betrieb."
Entgegen der Prospektaussage erkennt der Pelletkessel jedoch nicht, wenn solare Wärme vom Dach kommt, sondern lädt den Pufferspeicher in Konkurrenz zur Solaranlage. Der Unterschied im solaren Ertrag ist beträchtlich : Bei manuell ausgeschaltetem Brenner kann die Solaranlage an einem sonnigen Tag im Januar einen Ertrag von ca. 13 - 15 kWh in den Puffer laden. Läuft der Brenner jedoch, so sind es nur ca. 5 kWh (weil dann nur noch das unterste Drittel, also die Kaltwasserzone geladen werden kann). Eine intelligente Kesselsteuerung müßte dies aber erkennen und den Brenner abschalten. Dies empfinde ich als starken Mangel und würde deshalb die Anlage so nicht mehr kaufen wollen. Vermutlich muß ich mich jetzt unfreiwillig doch noch als Elektronikbastler betätigen.


Konkrete Beobachtung und Werte vom 4.1.2010 um 15 Uhr: Der Pelletkessel läuft mit 40% Last gleichzeitig zur Solaranlage die 82°C Kollektortemperatur (bei -3°C Außenluft) und 73°C anzeigt für den unteren Speicherbereich in den ja Wärme eingebracht werden soll. Wäre die Anlage so wie im Prospekt beschrieben, dann wäre der Kessel nicht an sondern aus gewesen.
  • Überrascht und geradezu begeistert bin ich von der Qualität der Flachkollektoren die selbst bei Lufttemperaturen unter 0 im tiefsten Winter noch ein Temperaturniveau von bis zu 80°C erreichen.
  • Ebenfalls begeistert bin ich von der Umwälzpumpe im Heizkreis. Sie nimmt tatsächlich bei nur einem geöffneten Heizkörperventil lediglich 5 Watt auf. Dies ist ein wichtiger Beitrag zum Stromsparen in der Übergangszeit. Lasse ich bei ausgeschaltetem Brenner den Heizkreis rein aus dem Puffer weiterlaufen so steigt die Pumpenleistung erst bei einer Vorlauftemperatur von 40°C an auf die maximale Leistungsaufnahme von 22 Watt (,da dann ja alle Ventile öffnen und der erzeugte Differenzdruck abfällt). Dafür gibt es 5 Sterne! - Mittlerweile lasse ich diese Pumpe ohnehin nur noch fest eingestellt mit 5 Watt Leistung laufen. Eine Komfortminderung konnte ich dadurch nicht feststellen. Mein Stromverbrauch wurde geringer.
  • Relativ unkompliziert verlief auch die Einbindung eines vormals vorhandenen 2.Heizkreises nach dem Schwerkraftprinzip. Übersehen wurde bei der Neuanbindung an den nunmehr einzigen Heizkreis mit Pumpe die Tatsache, daß es im alten Schwerkraftkreis auch noch einen Bypass gab. Dies fiel mir dadurch auf, weil die neue Pumpe ständig mit voller Leistung lief. Hier zeigte es sich, wie wichtig die Leistungsanzeige der Pumpe doch ist als Kontrollinstrument und daß man auf diese Anzeige nicht verzichten sollte (- falls man Kosten sparen möchte, dann besser anderswo.). Nach Abschließen des Bypass mit einer Rücklaufverschraubung war aber auch dieses Problem beseitigt.
  • Nicht so begeistert war ich anfangs vom Stromverbrauch der neuen Anlage. Trotz hocheffizienter Umwälzpumpe lag er glatt beim Doppelten der alten Heizungsanlage. (Es erhöhte sich der Verbrauch auf 2,75 kWh pro Tag statt vorher nur 1,35 kWh.)
Nachtrag am 07.06.09: Von diesen 2,75 kWh/Tag sind 1,56 kWh/Tag zurückzuführen auf eine Pumpe die auf Stufe 3 mit 65 Watt (sic!) auch dann läuft, wenn die Heizung komplett ausgeschalten ist! (Die Pumpe sitzt an der Rückwand des Pellettskessels und beheizt den Kessel aus dem Puffer - ich bin völlig fassungslos!) Offizieller Name dieses Pumpenkreises : Rücklaufanhebung!
hier die Pumpe im Bild (ohne Abdeckung) :

Einfache Maßnahme zur Effizienzverbesserung: Pumpe auf Stufe 1 (= 30 W) stellen. 2015 lief sie gemäß Auswertung des Betriebsstundenzählers 1000 Stunden. Somit hat sie 30 kWh im Wert von 7,50 € verbraucht. Da lohnt sich leider der Austausch gegen eine Hocheffizienzpumpe finanziell nicht mehr.

Weitere Informationen und Bilder finden Sie auch in einem meiner Vorträge:
http://buttner.name/uploads/LENA_Igling_Wohngeb%C3%A4ude_20150423.pdf

Wolfgang Buttner | Energieberater | Dominikus-Zimmermann-Str. 7 | 86899 Landsberg am Lech | Tel.08191-4283230