Technologien und Anwendungen

Solarwärmeanlagen werden in Deutschland bislang vorwiegend in Ein- und Zweifamilienhäusern zur Trinkwassererwärmung und zur Raumheizung eingesetzt. Seit einiger Zeit gibt es verstärkt Anstrengungen, die Solarwärmenutzung auch in Mehrfamilienhäusern, in Krankenhäusern, Wohnheimen, Hotels und im gewerblichen Bereich einzusetzen. So werden mittlerweile hochwertige solarthermische Großanlagen auch warmmietenneutral bei der Sanierung von Mietwohnungen z. B. im Geschosswohnungsbau eingesetzt. In Wohngebäuden gibt es zwei Arten von Solarwärmeanlagen: solche, die ausschließlich zur Trinkwassererwärmung eingesetzt werden und solche, die zusätzlich auch die Raumheizung unterstützen, letztere werden "Kombianlagen" genannt.

In Deutschland dient etwa die Hälfte aller neu installierten Solarwärmeanlagen ausschließlich zur Trinkwassererwärmung. Sie werden typischerweise so geplant, dass sie im Sommerhalbjahr das Trinkwarmwasser vollständig aufheizen. Im Winterhalbjahr erfolgt die Warmwasserbereitung hauptsächlich durch einen Wärmeerzeuger (Heizkessel betrieben mit Gas, Öl oder Holz oder Wärmepumpe), der an sonnigen Tagen von der Solarwärmeanlage unterstützt wird. Über das gesamte Jahr werden somit rund 60 Prozent des Wärmebedarfs zur Trinkwassererwärmung von der Solarwärmeanlage bereitgestellt.

Solare Kombianlagen, die auch die Raumheizung unterstützen, hatten in Deutschland bei den Neuinstallationen in 2009 einen Marktanteil von etwas mehr als 60 Prozent. Sie haben eine größere Solarkollektorfläche und tragen im Frühjahr und im Herbst zusätzlich zur Beheizung des Gebäudes bei. Für Einfamilienhäuser werden i. d. R. Anlagen mit einer Kollektorflächen zwischen 10 und 18 m² installiert. Typischerweise beträgt der Anteil des durch Solarwärme gedeckten Gesamtwärmebedarfs des Gebäudes 10-30 Prozent, je nachdem, wie gut das Haus gedämmt und damit wie hoch der Heizwärmebedarf ist. Es gibt jedoch auch spezielle Solarhäuser, die über 50 Prozent und bis zu 100 Prozent des Gesamtwärmebedarfs mit Solarwärme decken.

Solarkollektoren
Es gibt unterschiedliche Typen von Solarkollektoren.

Die einfachste Form stellen unverglaste Kunststoffabsorber dar. Hierbei wird Wasser durch schwarze Kunststoffmatten gepumpt und typischerweise zur Erwärmung von Schwimmbecken genutzt. Dabei werden Temperaturen von 30-50°C erreicht. Etwa drei Viertel der in Deutschland eingesetzten Kollektoren sind Flachkollektoren, der Rest sind Vakuumröhrenkollektoren.

Bei  den Flachkollektoren ist der Solarabsorber, der die Sonnenstrahlung in Wärme umwandelt, in einen Kasten eingebaut, der die Wärmeverluste durch Wärmedämmung und eine Glasscheibe reduziert. Flachkollektoren arbeiten üblicherweise im Temperaturbereich zwischen 60°C und 90°C.

Bei Luftkollektoren handelt es sich um eine besondere Bauart der Flachkollektoren, bei denen Luft erwärmt und meist direkt, ohne Zwischenspeicherung, zur Beheizung von Gebäuden eingesetzt wird. Die erwärmte Luft kann auch zur Trocknung von landwirtschaftlichen Erzeugnissen genutzt werden. Der Einsatz von Luft-Wasser-Wärmetauschern ermöglicht auch die Erwärmung von Wasser, z.B. zur Trinkwassererwärmung.

Noch höhere Temperaturen und Wirkungsgrade werden mit Vakuumröhrenkollektoren erreicht, bei denen die Wärmeverluste durch einen hohen Unterdruck in den Glasröhren noch stärker reduziert werden. Mehrere Vakuumröhren bilden einen Kollektor. Durch die drehbare Lagerung der einzelnen Röhren kann das im Glaskolben befindliche flache Absorberblech optimal zur Sonne gedreht werden. Aus diesem Grunde sind Vakuumröhrenkollektoren auch fast horizontal auf Flachdächern einsetzbar. Die einzelne Röhre bildet ein in sich geschlossenes System, welches die Wärme über einen frostsicheren Wärmekreislauf an das Brauchwasser überträgt.