Solarthermie im Einsatz


Seit Oktober 2004 betreibe ich in meinem EFH im Süden von Leipzig eine Solarthermie-Anlage mit Heizungsunterstützung. Die Anlage wurde von der Firma Solifer Freiberg (inzwischen insolvent) projektiert und installiert.

Auf dieser Webseite informiere ich über den Betrieb der Anlage.

Aufwendungen und erwartete Einsparungen

Die folgenden Daten und Schätzungen lagen zu Betriebsbeginn Ende 2004 vor.

Investitionskosten     ca. 14 000 Euro
davon Fördermittel ca. 4 500 Euro
erwartete Einsparung ca. 43 % Heizkosten
Amortisierung nach ca. 7 Jahren

Zusammenfassung der Auswertung

Untersuchungen gehen davon aus, dass in Mitteleuropa mit einem Jahreseintrag an Sonnenenergie von etwa 1000 kWh/m^2 zu rechnen ist. Der reale durchschnittliche Eintrag pro Jahr schwankt weit im Bereich von über 400 kWh/m^2 (2007) bis 176 kWh/m^2 (2011). Der durchschnittliche Wirkungsgrad der Anlage liegt über die Jahre bei etwa 30 %. Den größten Einfluss auf die Ersparnis hat allerdings der Verlauf der warmen Jahreszeit. In guten Jahren (2007, 2009, 2011) liegt die durchschnittliche Laufzeit der Heizung in den Monaten April-September bei 10 min. pro Tag (7.2 min. pro Tag entspricht einer durchschnittlichen Kessellaufzeit von 1%), in schlechten Jahren (2006, 2008, 2010) bei über 20 min. pro Tag. In den Kernmonaten Mai-August liegt die durchschnittliche Laufzeit der Heizung bei unter 7 min. pro Tag. Eine Ausnahme bildete hier das Jahr 2010, wo auch in den Monaten Juni, Juli kräftig zugeheizt werden musste.

Zur Bestimmung der Einsparung im Gasverbrauch verwende ich als Basiswerte die durchschnittliche Gasmenge (2856 m^3 pro Jahr) sowie den um Klimaeinflüsse bereinigten durchschnittlichen Verbrauch/GTZ (0.82), berechnet jeweils aus den Werten der Jahre 1997 bis 2003.

Einsparungen

Jahr Basis Verbrauch Basis Verbrauch/GTZ Wartungskosten
(anteilig)
Einsparung gesamt
in Euro
2005 21% 29% 63 584
2006 43% 33% 63 568
2007 37% 37% 129 660
2008 25% 29% 65 736
2009 30% 34% 65 841
2010 32% 40% 245 862
2011 45% 44% 245 678
2012 30% 36% 234 664
2013 49% 46% 71 930
2014 46% 43% 83 875
2015 46% 45% 83 974
2016 41% 40% 113 691
2017 46% 46% 113 754
2018 55% 46% 112 682
2019 55% 50% 112 817
2020 51% 50% 278 677
2021 53% 52% 99 967
2022 54% 51% 99 1711

Die Spalte "Basis Verbrauch" spiegelt die absolute Einsparung wider, die durch weitere externe Faktoren (insbesondere warme Winter) beeinflusst ist, die Spalte "Basis Verbrauch/GTZ" enthält eine klimaunabhängigere, auf die Gradtagzahl normierte Einsparungsgröße.

Die letzte Spalte enthält eine grobe Abschätzung der erzielten finanziellen Einsparung, die ich aus den weiter unten zusammengestellten Jahresdaten nach der folgenden Formel berechne:

(0.82 - a) * b * c/d - w
wobei a = Verbrauch/GTZ, (0.82 - a) also der eingesparte Verbrauch pro GTZ, b = kumulierte GTZ für das Jahr, (0.82 - a) * b also der eingesparte Verbrauch in m^3 ist, und c/d mit c = Jahresrechnung in Euro, d = Verbrauch in m^3, dies in finanzielle Ersparnis nach aktuellen Preisen umrechnet, von welcher die Wartungskosten w der Anlage von etwa 70 Euro pro Jahr (2011 kamen Reparaturleistungen dazu) abgezogen sind (nur Solarwartung, ohne Wartung der Kesselanlage). Beachten Sie, dass trotz geringerer Einsparung bezogen auf den Verbrauch die finanzielle Einsparung durch wachsende Energiepreise steigt, auch wenn hier ab 2010 eine gewisse Atempause eingesetzt hat.

Einige grundsätzliche Ausführungen zur Arbeitsweise

Es handelt sich um eine Solarthermie-Anlage mit Schichtenspeicherung zur Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung. Die Anlage hat eine Netto-Kollektorfläche von 18 m^2 mit Südausrichtung in dachintegrierter Holzkasten-Bauweise. Pufferspeicher, Gaskessel und Heizkreislauf bilden einen geschlossenen wartungsarmen Brauchwasserkreislauf, Warmwasser wird über einen Wärmetauscher bereitet. Seit 2011 wird auf Brandgefahr an solchen Anlagen hingewiesen, wenn die in den Kollektor eingetragene Wärme längere Zeit nicht abgeführt werden kann ("Puffer voll") und dann im Bereich des Holzrahmens Temperaturen von bis zu 140°C entstehen. Zur Minderung dieser Gefahr wurde im Zuge der Wartung im Februar 2018 eine nächtliche Rückkühlung programmiert, mit der derartige Spitzen im Sommer weitgehend vermieden werden.

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Seit Mitte Dezember 2004 wurden die Betriebsdaten mit dem Datenlogger BSDATA Bootloader BL232 erfasst und monatlich ausgewertet. Die grobe datenmäßige Überwachung der Anlage hat sich bewährt, um Unregelmäßigkeiten im Betrieb in vernünftigen Zeithorizonten zu bemerken und abstellen zu lassen. 2020 wurde das Logging durch eine webgestützte Version auf der Basis des CMI-Loggers ersetzt.

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Daten zum Betrieb der Anlage

Mit der Gradtagzahl existiert ein anerkanntes grobes Maß für den wetterabhängigen durchschnittlichen Heizbedarf, der ja neben den baulichen Gegebenheiten ganz wesentlich den Energieverbrauch bestimmt. Die Berechnung ist in einer VDI-Richtlinie 2067 (Version 1988) präzisiert. Die Gradtagzahlen sind diejenigen, welche die AGES mbH als GT20/15 für Leipzig, Station 10469, monatlich veröffentlicht.

Die Spalte "Puffer voll" gibt kumulativ die Zeit im jeweiligen Monat an, in welcher im Kollektor eine Temperatur von mehr als 110°C herrschte, weil der Pufferspeicher keine weitere Wärme abnehmen konnte (Wassertemperatur im Speicher durchgängig 95°C).

Zeitraum Gradtag-
zahl
Anteil Solarzeit Anteil Kessellaufzeit Puffer voll Ausgewählte
Betriebsdaten
an der gesamten Zeit
Aug. 2022 0 22.3 % 0.14 % -- ... mehr
Sept. 2022 151 17.0 % 0.62 % -- ... mehr
Okt. 2022 184 15.4 % 1.19 % -- ... mehr
Nov. 2022 422 10.6 % 8.02 % -- ... mehr
Dez. 2022 565 3.82 % 13.8 % -- ... mehr
Jan. 2023 487 3.83 % 11.8 % -- ... mehr
Febr. 2023 467 8.65 % 11.3 % -- ... mehr
März 2023 431 10.9 % 8.13 % -- ... mehr
April 2023 363 15.9 % 4.67 % -- ... mehr
Mai 2023 166 22.5 % 0.36 % -- ... mehr
Juni 2023 18 22.3 % 0.18 % 01.06. ... mehr
Juli 2023 0 20.9 % 0.37 % -- ... mehr
Aug. 2023 16 18.8 % 0.48 % -- ... mehr
Sept. 2023 29 23.9 % 0.12 % -- ... mehr
Okt. 2023 199 11.3 % 2.35 % -- ... mehr
Nov. 2023 417 5.23 % 8.82 % -- ... mehr
Dez. 2023 482 3.86 % 11.3 % -- ... mehr
Jan. 2024 572 7.07 % 11.8 % -- ... mehr

Zusammenfassende Darstellung des Betriebs der Anlage sowie des Gasverbrauchs

Alle Zahlen sind entsprechend dem Ablesezeitraum (jeweils April bis März Folgejahr) kumuliert. Die Gradtagzahlen für Leipzig (GTZ) wurden aus Daten des meteorologischen Instituts der Uni Leipzig (bis Apr. 2005) gewonnen bzw. der monatlichen Veröffentlichung der AGES mbH als GT20/15 für Leipzig, Station 10469, entnommen.

WME ist der Wärmemengeneintrag in kWh jeweils für den Zeitraum von April bis März des Folgejahres, den der Wärmemengenzähler bestimmt hat. Er gibt an, wie sonnenreich das betrachtete Jahr war. Untersuchungen gehen davon aus, dass in Mitteleuropa mit einem Jahreseintrag an Sonnenenergie von etwa 1000 kWh/m^2 zu rechnen ist. Daraus berechnet sich ein (fikitver) Wirkungsgrad WG der 18 m^2 großen Anlage (in Prozent) als WME/180.0. Es ist zu beachten, dass bei dieser Berechnung von WG die wirklichen Lichtverhältnisse im jeweiligen Jahr nicht berücksichtigt sind. Seit 2020 ist der entsprechende Sensor defekt und wurde auch nicht ersetzt, da er keine betriebswichtige Funktion hat.

SBD ist der Sommerbetriebsdurchschnitt und gibt an, wie viele Minuten pro Tag in den Monaten April bis September durchschnittlich zugeheizt werden musste. Er zeigt an, wie verregnet die warme Jahreszeit war.

V. steht für Verbrauch, JR für Jahresrechnung (beides skaliert auf ein volles Jahr).

Jahr GTZ WME WG SBD V. in m^3 JR in Euro V./GTZ Preis/GTZ
1997 3475 - - - 2729 1062 0.78 0.31
1998 3565 - - - 3067 1078 0.86 0.30
1999 3307 - - - 3240 1199 0.98 0.36
2000 3301 - - - 2672 1378 0.81 0.42
2001 3459 - - - 2759 1486 0.79 0.43
2002 3771 - - - 3080 1648 0.82 0.44
2003 3472 - - - 2509 1409 0.71 0.40
2004 3707 1605 - - 2430 1396 0.67 0.38
2005 3928 5655 31.4 21.8 2208 1547 0.56 0.39
2006 2947 6869 38.2 21.0 1639 1308 0.56 0.44
2007 3417 7397 41.1 7.7 1839 1407 0.54 0.41
2008 3687 5785 32.1 20.8 2065 1861 0.56 0.50
2009 3711 4080 22.7 10.4 2005 1719 0.54 0.46
2010 3981 3390 18.8 30.4 1942 1636 0.49 0.41
2011 3359 3160 17.6 8.1 1603 1296 0.48 0.39
2012 3788 2188 12.2 17.5 2002 1636 0.53 0.43
2013 3307 4771 26.5 23.4 1505 1265 0.46 0.38
2014 3254 4818 26.8 10.2 1530 1287 0.47 0.40
2015 3395 5117 28.4 13.1 1530 1287 0.45 0.38
2016 3432 5377 29.9 14.8 1683 1195 0.49 0.35
2017 3500 4865 27.0 19.9 1551 1011 0.44 0.29
2018 2950 5816 32.3 4.8 1289 913 0.44 0.31
2019 3150 5975 33.2 11.4 1293 930 0.41 0.30
2020 3360 -- -- 6.6 1388 962 0.41 0.29
2021 3422 -- -- 22.4 1350 978 0.39 0.29
2022 3295 -- -- 11.9 1324 1732 0.40 0.53

In der Jahresrechnung 2022 sind die Kosten (JR in Euro) ohne die Entlastungsbeiträge angegeben.

In den letzten beiden Spalten der Tabelle sind Verbrauch bzw. Rechnungsbetrag durch die GTZ geteilt als zwei grob witterungsunabhängige Indikatoren angegeben. Neben der Installation der Solaranlage hatte auch die Dachdämmung (Okt. 2004) sowie der Auszug meiner Kinder (Sommer 2000 und Sommer 2002) Einfluss auf die Energiebilanz.

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Im (nicht von mir betriebenen) Solarwebseiten-Blog sind weitere Erfahrungen, Erlebnisse und Meinungen einiger Anwender von BUSO-Solaranlagen zusammengetragen.



Prof. Dr. H.-G. Gräbe