Solarthermische Nutzung bei Hallengebäuden

Solarthermie leistet einen wertvollen Beitrag bei der Verringerung des Primärenergiebedarfs zur Erwärmung von Warmwasser oder Heizungswasser – und senkt damit nicht nur die Energiekosten, sondern leistet nebenbei auch einen Beitrag zum Klimaschutz. Dazu wird das Sonnenlicht in Wärme umgewandelt. Je nach Einsatzbereich kommen unterschiedliche Bauarten zur Anwendung, sodass eine solarthermische Nutzung auch bei Hallengebäuden möglich ist.

Was ist Solarthermie?

Solarthermie macht sich die Energie der Sonne zunutze. Anders als bei Photovoltaikanlagen, die diese in Strom umwandeln, erzeugen Solarthermie-Anlagen Wärme. Dazu wird das Sonnenlicht beim Auftreffen auf eine Oberfläche in Wärme umgewandelt. Solarkollektoren sammeln die Wärme in einem Wärmekreislauf, der der Erwärmung von Heizungswasser oder Brauchwasser dient. Umgekehrt kann Solarthermie auch zur Erzeugung von Kälte und von ⁠Prozesswärme genutzt werden, wenn eine Absorptionskältemaschine mit einem thermischen Verdichter genutzt wird.

Der Anteil der Solarthermie ist zwischen 2000 und 2022 anteilig von 2 auf 5 Prozent bei der gesamten erneuerbaren Wärme gewachsen und steuerte im Jahr 2022 9,7 Mrd. kWh Energie bei. Im Optimalfall lässt sich mit Solarthermie nahezu der komplette Brauchwasserbedarf decken, bei der Heizungsunterstützung leistet eine Anlage je nach energetischer Gebäudequalität einen Anteil von 5-20 Prozent zum Heizenergiebedarf, bei entsprechender Dimensionierung der Anlage von etwa 30-40 Prozent der Heizwärme im Winter. Die Möglichkeiten der solarthermischen Nutzung werden allerdings bei Hallengebäuden bislang kaum ausgeschöpft.

Wirtschaftlichkeit solarthermischer Anlagen

⁠Wie wirtschaftlich und effizient eine solarthermische Anlage ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab:

  • Je größer die Fläche der Anlage, desto mehr Wärmeenergie kann sie erzeugen. Allerdings sollte die Dimensionierung auf das Gebäude abgestimmt sein, da eine zu große Anlage einen erheblichen Wärmeüberschuss produziert.
  • Die Bauweise der Anlage: Röhrenkollektoren erzeugen auf geringerer Fläche mehr Wärme als Flachkollektoren und haben auch bei einer schwachen Sonneneinstrahlung einen hohen Wirkungsgrad.
  • Die Neigung der Kollektoren beeinflusst die Wärmeerzeugung ebenfalls. Nur bei einem optimalen Winkel bündelt die Anlage das Sonnenlicht maximal. Für die Warmwasserbereitung reicht hier ein Winkel von 30-50° aus, für die Unterstützung einer Heizungsanlage empfiehlt sich ein Winkel zwischen 40 und 70°.
  • Während eine solarthermische Anlage bei einer Ausrichtung nach Süden das Sonnenlicht optimal einfängt, verringert sich der solare Ertrag bei einer Ost- oder West-Ausrichtung teilweise erheblich.

Allen gemein ist, dass die Leistungsfähigkeit der Anlage mit einer Vergrößerung der Fläche steigt und eine zeitverzögerte Nutzung der Wärme nur durch den Einbau eines Puffer- oder Kombispeichers möglich ist.

  • Pufferspeicher speichern nur das Heizungswasser und eignen sich für Heizungen mit hohem Temperaturrücklauf.
  • Kombispeicher speichern das Heizungswasser und Brauchwasser getrennt voneinander. Sie eignen sich vor allem für kleine Flächen im Aufstellungsraum und Heizungen mit geringen Systemtemperaturen.

Bauweisen solarthermischer Anlagen

Hierzulande gibt es solarthermische Anlagen als Luftkollektoren oder Schwimmbadabsorber, die beide zum Erwärmen von Badewasser genutzt werden, sowie als Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren, die zum Erwärmen von Trinkwasser oder dem Heizungswasser zum Einsatz kommen. Flachkollektoren bündeln das Licht nicht, sondern die Sonne erwärmt eine Fläche, die mit kleinen Röhrchen durchzogen ist, in denen das Wärmeträgermedium fließt. Bei Vakuumröhrenkollektoren ermöglicht das Vakuum die Übertragung der Strahlungsenergie, wobei sich das Wärmeübertragungsmedium in der inneren Röhre befindet. Durch einen Reflektor lässt sich die Sonnenenergie bei dieser Bauweise zusätzlich bündeln. Parabolrinnenkollektoren erreichen durch die Fokussierung der Lichtstrahlen einen Wirkungsgrad von bis zu 500°C, sodass hier vor allem Öle als Trägermedien infrage kommen.

Solarthermie zur Kühlung nutzen

Um Solarthermie zur Kühlung einzusetzen, kommen Absorptionskältemaschinen mit einem thermischen Verdichter zum Einsatz. Hier erwärmt die Sonnenenergie eine Salzlösung so lange, bis sich das Wasser als Dampf löst. Dieser wird kondensiert und in einen Verdampfer geführt, der die Kälte erzeugt. Bereits bei geringen Außentemperaturen verdampft das Wasser und entzieht der Umgebungsluft Wärme – der Raum wird gekühlt. Das Wasser wird nun wieder an die Salzlösung gebunden und der Prozess beginnt erneut.

Förderung der solarthermischen Nutzung bei Hallengebäuden

Während der Neubau von Gebäuden einen festgelegten Anteil Erneuerbarer Energien zur Wärmeversorgung vorsieht, bietet die Nachrüstung einer solarthermischen Anlage die Möglichkeit der verbesserten Energieeffizienz bestehender Heizungen. Entsprechend fördert der Bund die Investition in die Solarthermie durch unterschiedliche Förderprogramme wie der BEG (Bundesförderung für energieeffiziente Gebäude).

Vor- und Nachteile der solarthermischen Nutzung im Hallenbau

Ein Vorteil der Solarthermie ist die Kostenersparnis bei der Warmwasserbereitung. Ist die Anlage installiert, fallen keine weiteren Kosten an, zumal Solarthermie eine äußerst wartungsarme Technik ist. Da der Warmwasserbedarf das ganze Jahr über vergleichsweise konstant bleibt, spielt eine solarthermische Anlage ihren Vorteil vor allem hier aus. Gleiches gilt, wenn Sie die solarthermische Anlage bei einem Hallengebäude zur Kühlung einsetzen.

Nachteilig erweist sich allerdings neben den vergleichsweise hohen Anschaffungskosten, dass solarthermische Anlagen ihre maximale Effizienz im Sommer erreichen. Wenn der Heizbedarf im Winter ansteigt, reicht die Sonnenenergie vielfach nicht aus, um das Heizungswasser für komplette Gebäude zu erwärmen, sodass eine Kombination mit einem weiteren Heizungssystem erforderlich ist.

Solarthermie mit einer Hallenheizung kombinieren

Verbreitet sind vor allem Kombinationen der solarthermischen Warmwasserbereitung und einer Gasheizung, die einspringt, wenn die Sonne nicht ausreichend Energie liefert. Möglich ist dies beispielsweise bei Deckenstrahlplatten und Fußbodenheizungen. Ein Speicher dient dabei als Knotenpunkt, von dem aus die Heizungsanlage mit Energie versorgt wird. Daneben steigt auch die Verbreitung von Solarthermie-Wärmepumpen- oder Solarthermie-Pelletheizung-Kombinationen weiter an.

Auch die Kombination der solarthermischen Nutzung mit einer Infrarotheizung ist denkbar. Die Installation von Dunkelstrahlern an der Hallendecke ermöglicht die maximale Flexibilität hinsichtlich der Hallennutzung und gestattet eine optionale Zuschaltung im Winter, die keinerlei Vorlaufzeiten erfordert, bereits bei geringen Raumtemperaturen ein angenehmes Raumklima vermittelt und durch eine geringe Wartungsintensität überzeugt.

Die optimale Dimensionierung der solarthermischen Anlage im Hallenbau

Um ihre maximale Effizienz zu erreichen und Wärmeüberschüsse im Sommer zu vermeiden, ist die richtige Dimensionierung der Solarthermie-Anlage wichtig, eine allgemeingültige Lösung gibt es nicht. Gleiches gilt für die Dimensionierung des Speichers, um die Wärmeenergie zeitversetzt nutzen zu können.

Unsere Expert:innen bei Etapart verfügen über eine jahrelange Expertise im Bau nachhaltiger Hallenheizungs- und Lüftungsanlagen und beraten Sie gern. Kontaktieren Sie uns, um die individuell optimale Lösung einer solarthermischen Anlage sowie gegebenenfalls einer Kombination mit einer unterstützenden Heizung für Ihre Halle zu ermitteln, die für maximale Wirtschaftlichkeit sorgt und einen nachhaltigen Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz leistet.