Solarthermie im Einsatz


Auf solarwebseiten.de sind weitere Monitoring-Reports von Solaranlagen zu finden. Auch ein Blog zum Thema ist inzwischen online.


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% 65 724
2008 25% 29% 65 736
2009 30% 34% 65 841
2010 32% 40% 65 1042
2011 45% 44% 245 678
2012 30% 36% 408 490
2013 49% 46% 71 930
2014 46% 43% 71 887
2015 46% 45% 83 974
2016 41% 40% 83 721
2017 46% 46% 113 754

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. 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. Zur Minderung dieser Gefahr wurde im Zuge der Wartung im Februar 2018 eine nächtliche Rückkühlung programmiert, mit der derartige Spitzen im Sommer vermieden werden sollen.

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Seit Mitte Dezember 2004 erfasse ich die Betriebsdaten mit dem Datenlogger BSDATA Bootloader BL232 und werte sie monatlich aus. Die grobe datenmäßige Überwachung der Anlage durch mich hat sich bewährt, um Unregelmäßigkeiten im Betrieb in vernünftigen Zeithorizonten zu bemerken und abstellen zu lassen.

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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
Eingespielte kWh Anteil Solarzeit Anteil Kessellaufzeit Puffer voll Ausgewählte
Betriebsdaten
Monat kumulativ an der gesamten Zeit
Juni 2017 6 735 62 018 19.7 % 0.19 % 2., 19., 21. ... mehr
Juli 2017 5 553 62 571 17.6 % 0.34 % -- ... mehr
Aug. 2017 6 606 63 177 17.9 % 0.07 % 9., 29. ... mehr
Sept. 2017 157 397 63 574 13.7 % 1.13 % -- ... mehr
Okt. 2017 231 347 63 927 12.5 % 3.37 % -- ... mehr
Nov. 2017 428 112 64 039 5.55 % 10.2 % -- ... mehr
Dez. 2017 515 80 64 109 4.20 % 14.1 % -- ... mehr
Jan. 2018 493 87 64 206 4.99 % 12.3 % -- ... mehr
Febr. 2018 606 377 64 583 14.5 % 13.7 % -- ... mehr
März 2018 559 504 65 087 15.7 % 10.6 % -- ... mehr
April 2018 173 710 65 797 21.9 % 1.10 % 20. ... mehr
Mai 2018 86 693 66 490 22.2 % 0.26 % 7., 8. ... mehr
Juni 2018 28 587 67 077 19.7 % 0.23 % -- ... mehr
Juli 2018 NN 766 67 843 25.0 % 0.08 % 3., 4., 26., 30. ... mehr
Aug. 2018 NN 614 68 457 23.4 % 0.04 % -- ... 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.

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

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.

Weitere Informationen per Email-Anfrage.


Prof. Dr. H.-G. Gräbe