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Solarthermie berechnen: Größe & Auslegung

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Nichts geht über eine gute Planung – das gilt vor allem für die Berechnung einer thermischen Solaranlage. Im Vorfeld sind verschiedene Aspekte zu klären. Dabei ist es ratsam, einige grundlegende Fragen zu klären, um die Größe und Auslegung der Solaranlage zu berechnen, die zum eigenen Bedarf passt.

Wie funktioniert Solarthermie?

Größe und Auslegung berechnen

Eine Solarthermieanlage können Sie mit Flach- oder Röhrenkollektoren verbauen. Vakuum-Röhrenkollektoren kommen vor allem dort zum Einsatz, wo nicht so viel Dachfläche zur Verfügung steht. Sie haben einen höheren Wirkungsgrad als die Flachkollektoren und besitzen aufgrund des Vakuums eine besonders gute Wärmedämmung.

Eine andere Entscheidung ist bezüglich der Aufgabe der Solarthermie zu treffen: Möchten Sie nur Ihr Trinkwasser erwärmen oder auch die Heizung entlasten? Dementsprechend muss die restliche Anlage darauf abgestimmt werden. Wird die Anlage einzig zur Warmwasserbereitung genutzt, müssen Sie unbedingt an einen Warmwasserspeicher denken. Dies hat wiederum Einfluss auf die Fläche der Kollektoren ebenso wie die Frage, wie groß der Speicher sein soll. Das hängt schließlich mit der Anzahl der im Haushalt lebenden Personen zusammen. In jedem Falle gilt es, die individuellen Rahmenbedingungen gemeinsam mit einem Viessmann Fachpartner zu erörtern und in die Berechnung einzubeziehen. Zu den wichtigsten Punkten gehören:

  • Anzahl der Personen im Haushalt
  • Größe der Wohnfläche
  • Art der Kollektoren
  • Förderungsbedingungen
  • Gewünschter Deckungsanteil
  • Warmwasser oder Heizungsunterstützung (EFH)?
  • bei EFH = Energetischer Zustand des Gebäudes + Heizwärmebedarf
  • Dämmung

Größe und Auslegung bei Warmwasserbereitung

Zur Trinkwassererwärmung lässt sich folgende Auslegungsübersicht als Orientierungshilfe heranziehen:

Personen Warmwasserbedarf pro Tag (60 °C) in l Speichervolumen in l Kollektor, Anzahl Vitosol-FM/-F Kollektor, Fläche Vitosol-TM
2 60 250/300 2 x SV / 2 x SH 1 x 3 m²
3 90 250/300 2 x SV / 2 x SH 1 x 3 m²
4 120 250/300 2 x SV / 2 x SH 1 x 3 m²
5 150 300/400 2 x SV / 2 x SH 1 x 3 m², 1 x 1,5 m²
6 180 400 3 x SV / 3 x SH 1 x 3 m², 1 x 1,5 m²
8 240 500 4 x SV / 4 x SH 2 x 3 m²
10 300 500 4 x SV / 4 x SH 2 x 3 m²
12 360 500 5 x SV / 5 x SH 2 x 3 m², 1 x 1,5 m²
15 450 500 6 x SV / 6 x SH 3 x 3 m²

Annahmen für die Auslegung:
Verbrauch von 30 Liter pro Person bei 60 °C. Liegt der Verbrauch pro Person deutlich höher, erfolgt die Auswahl nach Litern pro Tag.

Richtwert
Eine vierköpfige Familie braucht für die Warmwasserbereitung eine Kollektorfläche von gerundet fünf Quadratmetern (m²) und einen Warmwasserspeicher mit einem Fassungsvermögen von circa 300 Litern.

Größe und Auslegung bei Heizungsunterstützung

Bei der Heizungsunterstützung lässt sich folgende Auslegungsübersicht als Orientierungshilfe heranziehen: 

Personen Warmwasserbedarf pro Tag (60 °C) in l Pufferspeichervolumen in l Kollektor,  Anzahl Vitosol-FM/-F Kollektor, Fläche Vitosol-TM
2 60 750 4 x SV / 4 x SH 2 x 3 m²
3 90 750 4 x SV / 4 x SH
2 x 3 m²
4 120 750/900 4 x SV / 4 x SH
2 x 3 m²
5 150 750/900
4 x SV / 4 x SH
2 x 3 m², 1 x 1,5 m²
6 180 750/900
4 x SV / 4 x SH
2 x 3 m², 1 x 1,5 m²
7 210 950 6 x SV / 6 x SH 3 x 3 m²
8 240 950 6 x SV / 6 x SH 3 x 3 m²

Richtwert
Eine vierköpfige Familie benötigt für die solare Heizungsunterstützung für gewöhnlich eine Kollektorfläche von zehn bis 12 Quadratmetern (m²) und einen Speicher mit einem Speichervolumen von 60 bis 80 Litern pro m².

FAQ – Häufig gestellte Fragen

Eignet sich eine Solarthermieanlage für jeden? Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein? Und benötigt eine Solarthermie eine jährliche Wartung? In diesem Abschnitt beantworten wir die wichtigsten Fragen rund um die thermischen Solaranlagen. Darüber hinaus klären wir Fachbegriffe, die im Zusammenhang der thermischen Solaranlagen auftauchen und im Vorfeld bei der Berechnung einer Anlage zu berücksichtigen sind.

Prinzipiell eignet sich jedes Dach für eine Solarthermie. Dennoch sollten die Dachneigung und Dachausrichtung stimmen. Eine gute Grundlage bildet eine nach Süden ausgerichtete Dachfläche. Diese sollte zudem unverschattet sein. Kleinere Einbußen in den Morgen- oder Abendstunden durch den niedrigen Sonnenstand sind tolerierbar. Ansonsten gilt, dass sowohl auf Flach- als auch auf Schrägdächern eine Montage möglich ist. Eine Viessmann Solarthermie kann jedoch auch direkt an der Fassade angebracht werden.

In der Regel benötigen diese Anlagen keine speziellen Genehmigungen. Einzige Ausnahmen sind denkmalgeschützte Häuser sowie Gebäude in Gebieten mit Milieuschutz. Bei Unsicherheiten wenden Sie sich an das zuständige Amt vor Durchführung der Maßnahmen.

Die Solarkollektoren sammeln die Energie immer dann ein, wenn Sonnenstrahlen auf ihre Fläche treffen. Im Winter muss lediglich beachtet werden, dass die Sonne flacher am Horizont steht. Daneben ist die Sonnenscheindauer in der Regel auch geringer. Dies ist im Vorfeld der Installation einer Solarthermie in jedem Fall zu berücksichtigen. So bieten Viessmann Sonnenkollektoren verschiedene Montagemöglichkeiten. Bei ungünstigem Dachstand, kann Fassadenmontage eine Lösung sein. Hier ist aber der Abschnitt der Fassade zu wählen, der am Tag der meisten Sonne ausgesetzt ist. Grundsätzlich können Neigung der Kollektoren sowie die Größe der Kollektorflächen angepasst werden, damit Sie auch im Winter einen vergleichsweise hohen Ertrag haben. Die Solarthermie als alleinige Heizung im Winter ist aber in Deutschland kaum möglich. Eine Nachheizung, z.B. ein Brennwertkessel, sollte eingesetzt werden.

Der Wartungsaufwand bei einer Solarthermie ist im Vergleich zu anderen Heizsystemen gering. Dennoch empfiehlt es sich, eine jährliche Inspektion durchführen zu lassen. Bei einer Inspektion werden unter anderem der Anlagendruck sowie die Pumpen geprüft. Daneben sollte alle drei bis fünf Jahre eine Sichtkontrolle der wesentlichen Komponenten erfolgen. Bei dieser schaut sich der Fachmann nicht nur die Kollektoren an, sondern auch alle weiteren Rohrleitungen, Armaturen und alle weiteren Bestandteile.

Wie bei jeder Befüllung von Heizungsanlagen befindet sich auch im Kollektorkreis Luft. Diese wird größtenteils vom Wärmeträgermedium verdrängt. Ein geringer Teil bleibt übrig und befindet sich auch im Medium selbst, löst sich daraus aber erst bei höheren Temperaturen. Luft im Kollektorkreis verursacht Geräusche und kann das einwandfreie Durchströmen der Sonnenkollektoren maßgeblich beeinflussen. Anders als bei Heizungsanlagen kann die Entlüftung im Betrieb aber nicht am Hochpunkt der Anlage, also am Kollektor, stattfinden. Zum Einsatz kommen Entlüfter, die entweder per Hand oder automatisch geöffnet beziehungsweise geschlossen werden. Sie befinden sich bestenfalls im Vorlauf und vor Eintritt in den Speicher.

In den sonnenreichen Monaten des Jahres kann es vorkommen, dass der Pufferspeicher der Solarthermieanlage gesättigt ist und keine Wärme mehr von den Kollektoren aufnehmen kann. Das Angebot übersteigt den Bedarf. Erkennt die Regelung dies, unterbricht sie den Solarkreislauf jedoch rechtzeitig. Grundsätzlich ist die sogenannte thermische Stagnation bei einer Solaranlage also ein normaler Betriebsvorgang: Ab einer Temperatur von etwa 140 bis 150 Grad Celsius beginnt die Solarflüssigkeit zu verdampfen. Der Druck in der Anlage steigt aufgrund des zunehmenden Volumens immer weiter an und die Kollektorflüssigkeit wird in ein Membranausdehnungsgefäß (MAG) gedrückt. Es verbleibt kaum oder keine Flüssigkeit in den Kollektoren. Diese füllen sich erst wieder, wenn die Temperaturen sinken. Durch die Kondensation der Solarflüssigkeit nimmt der Druck im System wieder ab und die in dem MAG zwischengelagerte Flüssigkeit strömt zurück. Wird Wärme benötigt, nimmt die Solarthermieanlage wieder den Betrieb auf. Wichtig ist, dass die Anlage für Solarthermie auf die Stagnation ausgelegt ist und regelmäßig gewartet wird. Denn dabei wird auch die Beschaffenheit der Kollektorflüssigkeit geprüft, die durch den Vorgang beeinträchtigt werden kann.

Für die Nutzung der Sonnenenergie ist die Frage interessant, wie hoch der Anteil der Sonnenstrahlung ist, der real genutzt werden kann. Von den 1.367 W/m² Strahlungsstärke (Solarkonstante) treffen aufgrund des Ein­flusses der Atmosphäre noch maximal etwa 1.000 W/m² auf die Erdoberfläche. Der Teil der Strahlung, der bei wolkenlosem Himmel auf die Erdoberfläche trifft, wird ­direkte Strahlung genannt. Passiert das Sonnenlicht Wolken, wird es gestreut und man spricht von diffuser Strahlung. Die Summe aus diffuser und direkter Strahlung heißt Globalstrahlung.

Die solare Deckungsrate beschreibt das Verhältnis zwischen der für die Wärmeerzeugung benötigten Energie und der nutzbaren Solar­wärme. Je höher die solare Deckung ist, desto weniger Energie muss von der konventionellen Anlage bereitgestellt werden. Die Berechnungsgrundlage für die solare Deckungsrate ist immer die Wärmemenge, die von den jeweiligen Wärmeerzeugern pro Jahr bereitgestellt wird (und nicht deren Leistung).

Der Nutzungsgrad beschreibt das Verhältnis von eingestrahlter Energie zu nutzbarer Solarwärme. Hohe Temperaturen und längere Stillstandszeiten verschlechtern den Nutzungsgrad. Der Nutzungsgrad hat unmittelbaren Einfluss auf den spezifischen Ertrag der Kollektoranlage. Er besagt, wie viel Nutzwärme pro Quadratmeter Kollektorfläche und Jahr von der Solaranlage erzeugt werden kann. In der Regel gilt: Je größer der spezifische Ertrag, desto höher ist die Wirtschaftlichkeit der Anlage.

Fragen zur Installation einer Solarthermie

Die Installation einer Solarthermieanlage ist komplex und sollte in jedem Falle von einem Fachbetrieb übernommen werden. Dennoch ist es gut zu wissen, in welchen Schritten die Montage erfolgt, welche Komponenten eine Rolle spielen und worauf Sie als Anlagenbesitzer achten sollten während der Installationsphase. Grundsätzlich gilt, gehen Sie in den Austausch mit dem Solarteur und klären Sie mit ihm offene Fragen.

Grob lassen sich vier Schritte unterscheiden, welche der Fachbetrieb umsetzt:

  1. Montage der Kollektoren: Auf Schrägdächern erfolgt dies durch Aufdach-Montage mit Dachhaken. Bei Flachdächern und anderen Flächen ist eine spezielle Unterkonstruktion notwendig, auf welche die Kollektoren aufgebracht werden. 
  2. Montage des Speichers: Bei der Platzierung des Speichers ist der Platzbedarf (Grundfläche und Kippmaß) ebenso wie das Gewicht und möglichst kurze Anschlusswege, um die Wärmeverluste gering zu halten, zu beachten. 
  3. Schließen des Solarkreises: Vor- und Rücklaufleitung für Solarkreis werden angebracht und alle Verbindungen gesetzt. Der Solarkreis wird gespült und es erfolgt die Dichtigkeitsprüfung, bevor der Kreislauf befüllt wird. 
  4. Inbetriebnahme: Unter anderem das Steuersystem, der Solarregler und Temperaturfühler werden angebracht. Zudem erfolgt die Installation aller Armaturen sowie die Verbindung zur Warmwasserbereitung und / oder Heizungsunterstützung.

Vor der Übergabe des Abnahmeprotokolls werden Sie dann vom Solarteur noch in die Funktion der Anlage eingewiesen. 

Ja. Hier verwendet der Solarteur höhenverstellbare Dachhaken, um die Unebenheiten auszugleichen. Gegebenenfalls sind auch andere Vorbereitungen notwendig. Der Experte wird dies im Vorfeld mit Ihnen aber besprechen. 

Davon ist abzuraten. Wie gezeigt ist die Montage komplex und vor allem die Verbindungen zur Warmwasserbereitung und zum Heizkreislauf bedürfen der Fachkenntnisse eines Installateurs. Sie können mit Ihrem Fachbetrieb im Vorfeld aber besprechen, ob Sie Vorbereitungen am Dach bereits übernehmen können. Handeln Sie jedoch nicht voreilig. Der Fachbetrieb berät Sie gern, was eventuell gemacht werden kann, wenn Sie entsprechendes handwerkliches Geschick mitbringen. Die Solarthermie komplett selbst anschließen oder montieren, sollten Sie aber nicht. 

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