Erfahrungen mit Solarthermieanlagen

Als der österreichische Klima- und Energiefonds 2010 beschloss, große Solarwärme­anlagen mit einem eigenen Programm zu fördern, entschied er sich zudem für ein umfangreiches wissenschaftliches Begleitprogramm.

Dieses beginnt in der Planungsphase: Wer einen Zuschuss beantragt, kommt in den Genuss eines ausführlichen Beratungsgesprächs mit erfahrenen Solar­wissenschaftlern. Insgesamt 282 solcher Gespräche wurden seit 2010 geführt. Besonders groß ist das Interesse dabei an Solaranlagen für die Einspeisung in Wärmenetze sowie an Anlagen, die einen großen Teil der Wärme für Gewerbe und Dienstleistungsunternehmen liefern. Bei den Beratungsgesprächen geht es nicht nur um das Solarsystem, sondern um die gesamte Wärme­versorgung einschließlich der Nachheizung, Wärmespeicherung, Regelung, Wärmeverteilung und Wärmeabgabe.

Von den geförderten Solaranlagen wählte eine internatio­nale Expertenjury 82 aus, um sie ein Jahr lang detailliert zu beobachten. Dabei waren vor allem Anlagen mit innovativen Technologien interessant, die sich idealerweise auch noch gut auf andere Anwendungen übertragen lassen. Mit der Beratung und dem Monitoring will der Klimafonds sicherstellen, dass sich die Förderung auch in Form von Emissionssenkungen bemerkbar macht. Für das Monitoring ist ein Konsortium unter der Leitung von AEE Intec verantwortlich. Von den ausgewählten Anlagen haben mittlerweile 37 das vorgesehene Jahr im Monitoring durchlaufen. Die meisten Solaranlagen haben in dieser Zeit verlässlich funktioniert. Der jährliche Ertrag liegt im Schnitt bei 368 kWh/m² Aperturfläche, was als ein zufriedenstellender Wert bezeichnet werden kann. Zudem stimmt der Ertrag in der Regel gut mit dem überein, was vorherberechnet wurde. Darüber hinaus zeichnen sich aus dem Monitoring-Programm einige Trends ab.

Wärmepumpen gut mit Solarthermie kombinierbar

In den letzten Jahren werden Solarthermieanlagen immer häufiger mit Wärmepumpen kombiniert. An der Frage, ob die beiden Technologien sich behindern oder gegenseitig unterstützen, scheiden sich oft die Geister der Planer. Das Großanlagenprogramm liefert nun Ergebnisse von zehn Anlagen, 14 weitere befinden sich noch in der einjährigen Monitoring-Phase.

Wärmepumpen-Technologie und Solarthermie passen grundsätzlich gut zusammen, wenn es darum geht, sowohl Raumwärme auf einem Niedertemperaturniveau als auch warmes Wasser zur Verfügung zu stellen. Die erzielten spezifischen Solarerträge und Jahresarbeitszahlen der Wärmepumpen sowie die Vermeidung umweltrelevanter Emissionen sind in der Regel vielversprechend.

Dabei unterscheidet man am AEE Intec drei Möglichkeiten, die beiden Technologien zu kombinieren: 

Da die Konzepte je nach Jahreszeit und Witterung ihre Vorteile unterschiedlich gut ausspielen können, kombinierten die Planer bei 18 der insgesamt 24 Anlagen im Monitoring-Programm mehrere Einbindungskonzepte. Diese vierte Möglichkeit wird dann als „komplexes Konzept“ bezeichnet.

Thermische Bauteilaktivierung ermöglicht sehr hohe Solaranteile

Wer Gebäudeteile als Wärmespeicher nutzt, kann vielfältige Synergien nutzen. Im Vergleich zu alleinigen Wasserspeichern spart die sogenannte thermische Bauteilaktivierung Platz und Kos­ten. Über ein Rohrnetz wird die Wärme auf einem Temperaturniveau von bis zu 35 °C dabei in der Bodenplatte oder in den Decken des Gebäudes verteilt, ein eigenes Wärmeabgabesystem kann entfallen. Zwei Projekte, bei denen Solarwärme im Fundament und in den Decken eines Hauses gespeichert wird, haben bisher das Monitoring-Programm durchlaufen. Die Sonne deckte dabei 52 % (im Projekt „Pfarrzentrum Rif“) beziehungsweise 97 % (im Projekt „Betriebsgebäude ETG Sonnenhaus“) des jährlichen Wärmebedarfes. Das bisher größte Projekt, eine solar beheizte Fertigungshalle der Firma Habau Hoch- und Tiefbau GmbH, steht kurz vor Ende der Monitoringphase. Dabei wird die Wärme aus Sonnenkollektoren mit einer Gesamtfläche von 1.411 m² in 2.560 m³ Bauteilmasse gespeichert, vor allem in der Bodenplatte.

Anhand der bisherigen Messdaten rechnet man am Institut mit einem solaren Deckungsgrad von 90 % für die Beheizung der gesamten Fertigungshalle. Weitere zwölf Projekte mit thermischer Bauteilaktivierung befinden sich derzeit noch in der Monitoringphase. Sie sollen laut Prognose solare Deckungsgrade zwischen 55 und 100 % erreichen. 

Neue Kollektortypen bieten mehr Möglichkeiten

Wenn Solaranlagen in bestehende Fernwärmenetze oder in Industrieprozesse eingebunden werden sollen, erweist sich die hohe geforderte Temperatur für normale Kollektoren oft als Hindernis. Sogenannte Mitteltemperatur-Kollektoren arbeiten in dem für diese Anwendungen oft geforderten Temperaturbereich zwischen 70 und 120 °C effizienter als herkömmliche Flachkollektoren. Bisher waren das vor allem Vakuumröhren-Kollektoren. Im Monitoring werden derzeit neben vier Anlagen mit Vakuumröhren auch sieben Anlagen mit doppelt abgedeckten Flachkollektoren untersucht. Mehrere davon sind Neuentwicklungen. Sie haben bisher sehr gute Erträge gebracht. Darunter ist auch eine Solaranlage mit 2.490 m², in der zu Testzwecken fünf verschiedene Arten doppelt abgedeckter Flachkollektoren verbaut sind. Sie speisten während der einjährigen Monitoring­zeit 489 kWh Solarwärme pro Quadratmeter Aperturfläche ins Grazer Fernwärmenetz. Angesichts der hohen Temperaturen im Netz kann dies als ein beachtlicher Ertrag bewertet werden. 

Förderung ist weiterhin wichtig für Solarthermie in Österreich

Neben den Solarerträgen haben die Forscher auch die spezifi­schen Kosten der Solaranlagen ausgewertet. Von einigen Ausreißern abgesehen, liegen die Systempreise für die Solaranlage mit Primär- und Sekundärkreis, Kollektormontage, Installation, Wärmespeicher und Regelung exklusive Umsatzsteuer zwischen 500 und 1.000 €/m² Kollektorfläche. Die Förderung ist dabei noch nicht einbezogen, für den Kunden liegt der Preis also niedriger. Dabei streuen vor allem bei den kleineren Anlagen zwischen 100 und 500 m² Kollektorfläche die Preise deutlich feststellbar. Mit zunehmender Anlagengröße sinken tendenziell die Kosten.

Wenn man im Vergleich dazu die Großanlagen in Dänemark mit Systempreisen von 200 bis 250 €/m² betrachtet, sieht man aber, dass noch Potential zur Kostensenkung vorhanden ist. Allerdings handelt es sich bei den dänischen Projekten um standardisierte Solaranlagen mit bis zu 70.000 m² Kollektorfläche, die z.B. mit einem komplexen Wärmepumpen-Solar-Hybridsystem mit wenigen 100 m² Kollektorfläche und aufwendiger Planungsleistung nicht vergleichbar sind. 

Momentan ist die staatliche Förderung alles in allem noch extrem wichtig für die Solarwärme. Daher ist es sehr erfreulich, dass der Klima- und Energiefonds zum siebten Mal in Folge in seinem Jahresarbeitsprogramm große Solarthermieanlagen fördert. Anträge können bis zum 22. September 2017 eingereicht werden. Die Kontinuität ist wichtig, damit sich die Solartechnik etablieren kann.