Möglichkeiten und Grenzen
Sonnenenergie als umweltfreundlichste, praktisch unbegrenzt vohrandene und kostenlose Energie kann - wenn in unseren Breiten auch nur zu einem Teil - fossile Energieträger bei der Raumheizung ersetzen oder zumindest ergänzen und damit dazu beitragen, Ressourcen zu schonen und die Umwelt zu entlasten.
Da die Haupt-Heizlast für die Gebäudeheizung in den sonnenarmen Wintermonaten anfällt, ist eine ausschließliche Heizung durch Sonnenenergie in unseren Breiten in der Regel kaum möglich. Eine Speicherung der eingestrahlten Sonnenenergie zur Beheizung in der kalten Jahreszeit erfordert sehr große solare Speicher, deren Temperatur im Jahresverlauf absinkt, so dass die Nutzung dieser Wärmequelle ggf. eine Wärmepumpe erfordert.
Voraussetzungen
Wenn auch eine alleinige Solarheizung aus Kostengründen häufig ausscheidet, so sollten beim Neubau auf jeden Fall folgende bauliche Voraussetzungen getroffen werden, um eine Solaranlage zur Heizungsunterstützung zu ermöglichen:
Südorientierung des Gebäudes und ausreichend große, möglichst nach Süden ausgerichtete, geneigte Dachflächen
ein Niedertemperatur-Heizsystem mit niedrigen Vorlauftemperaturen, vornehmlich als Fußboden- oder Wandheizung,
genügend Reservefläche für einen größeren Solarspeicher in der Nähe des zweiten Wärmeerzeugers,
Aussparungen für einen späteren Steigkanal oder entsprechende vorbereitete Leitungen zwischen Keller und der Dachfläche.
Strahlungsangebot
Logischerweise ist das Strahlungsangebot der Sonne dem Raumwärmebedarf gegenläufig: Von Oktober bis März kann in der Regel keine vollkommene Deckung des Wärmebedarfs erreicht werden.
Deshalb muss bei der Planung einer Solaranlage zur Raumheizung - abhängig von der Bauweise - überlegt werden, welche Größe des Sonnenkollektors und des Speichers (für welche Zeit?) im Einzelfall sinnvoll ist bzw. wirtschaftlich noch vertretbar erscheint.
Kollektororientierung
Ein weiteres wichtiges Kriterium für die Solarheizung ist die Kollektororientierung. Während im Sommerhalbjahr die Abweichung von der Südrichtung (Azimutwinkel) einen relativ geringen Einfluss hat, ist wegen der flacheren und kürzeren Sonnenbahn im Winter bei der Raumheizung nur ein relativ enger Bereich hinsichtlich Neigungs- und Azimutwinkel von Bedeutung.
Kollektorneigung und Orientierung zur Himmelsrichtung
Die optimale Kollektorausrichtung ist abhängig von Nutzungszeitraum, für den die Anlage Ausgelegt wird. Dabei ist sowohl der Neigungswinkel zur Horizontalen (=Anstellwinkel) als auch der Azimutwinkel (=Abweichung von der Südrichtung) zu den verschiedenen Tages- und Jahreszeiten zu berücksichtigen. Daneben ist die geographische Lage (nördl. Breite) maßgebend.
Kollektor-Neigungswinkel
Der Kollektor-Neigungswinkel hängnt von dem Sonnenhöhenwinkel ab. Durch die Drehung der Erde um die Sonne und die Schrägstellung der Erdachse um 23,5 Grad zur Sonnenbahn-Ebene entstehen unterschiedliche Sonneneinfallswinkel im Verlauf eines Tages und im Verlauf eines Jahres.
Auf der nördlichen Halbkugel steht die Sonne im Winter steiler, im Winter flacher zur Erdoberfläche. Während bei thermischen Solaranlagen für die Raumheizung nur das Winterhalbjahr (Oktober bis März) von Bedeutung ist, kommt für die Freibaderwärmung nur das Sommerhalbjahr (April bis September) in Frage. Bei der Trinkwassererwärmung ist daneben auch die Übergangszeit von Bedeutung, da im Sommer meistens ein Überangebot vorhanden und im Winter der Ertrag gering ist.
Azimutwinkel
Grundsätzlich ist die Südorientierung des Kollektors zu bevorzugen. Da die Sonne im Winter sehr flach steht, ist auch der Azimutwinkel über den die Sonne scheint mit ca. 50 Prozent nach Ost bzw. West relativ klein. Das bedeutet, dass im Winter nur nach Süden ausgerichtete Kollektoren von der Sonne länger beschienen werden. Eine Abweichung des Azimutwinkels von der Südrichtung +/- 35 Grad ergibt eine noch vertretbare Minderung der Einstrahlungsleistung, insbesondere im Sommerbetrieb.
Kollektoren auf unterschiedlich gerichtete Flächen sollten vermieden werden, oder sie müssen für jede Fläche getrennt geregelt werden.