Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk e.V.


Bei solaren Wärmenetzen handelt es sich um solarthermische Großanlagen, die Wärme in ein Nah- oder Fernwärmenetz einspeisen. Die Anlagen versorgen Quartiere, Wohngebiete, Dörfer oder Stadtteile zentral mit Wärme, die in Solarkollektoren gewonnen wird. Man spricht auch von solarer Nahwärme oder von solarer Fernwärme. Die Kollektorfelder werden auf Freiflächen installiert oder in Gebäudedachflächen integriert. Meist deckt die Solarwärme allerdings nur einen Teil des Wärmebedarfs, üblich ist ein solarer Deckungsgrad von etwa 5 % bis gut 50 %. Den Rest stellen weitere Wärmeerzeuger bereit, beispielsweise ein Heizkessel, eine KWK-Anlage oder Wärmepumpen.

 

Varianten mit unterschiedlicher solarer Deckung

Abhängig von der Größenordnung des solaren Deckungsgrades und damit im Wesentlichen von der Größe des Kollektorfeldes, der Kapazität des Wärmespeichers und der Verbraucherstruktur unterscheidet man die folgenden drei Varianten: solar unterstützte Nahwärme zur solaren Vorwärmung, solar unterstützte Nahwärme mit Kurzzeit-Wärmespeicher und solar unterstützte Nahwärme mit saisonalem Wärmespeicher. Bei der Variante der solaren Vorwärmung wird das Kollektorfeld direkt, also ohne Wärmespeicher, oder indirekt über einen Wärmespeicher an das Wärmenetz angebunden; der solare Deckungsanteil am Jahreswärmebedarf liegt um 5 %. Bei der Variante mit Kurzzeit-Wärmespeicher kann ein solarer Deckungsgrad zwischen etwa 10 und 20 % erzielt werden, mit einem saisonalen Wärmespeicher auch 50 % und mehr.

Üblicherweise deckt die thermische Solaranlage den Sommerbedarf und dient damit hauptsächlich zur Trinkwassererwärmung während der Sommermonate. Mit einem Wärmespeicher kann auch in der anschließenden Übergangszeit noch gut mit gespeicherter Solarwärme geheizt werden - dann sowohl zur Trinkwassererwärmung als auch zur Heizwärmebereitstellung. Der restliche Wärmebedarf in der Übergangszeit und im Winter lässt sich mittels weiterer Wärmeerzeuger decken, beispielsweise durch einen Biomasseheizkessel. Eine Biomasseheizwerk mit großer thermischer Solaranlage versorgt seit dem Jahr 2013 den Ort Büsingen im Landkreis Konstanz mit Wärme. Eine ähnliche Anlage wurde vor kurzem in Hallerndorf in Oberfranken in Betrieb genommen.

Prinzipiell sind auch größere solare Deckungsgrade möglich. Dies zeigen zum Beispiel die Stadtwerke Crailsheim, welche mit Hilfe eines großen saisonalen Wärmespeichers im Wohngebiet "Hirtenwiesen II" einen solaren Deckungsanteil von 50 % erreichen. Hier wird also mit einem besonders großen Speicher auch ein Teil der Winterlast abgedeckt.

Thermische Solaranlagen können sich zudem zur Einspeisung von Wärme in bestehende Fernwärmenetze eignen. Dies kann besonders niedrige Wärmegestehungskosten des Solaranteils ermöglichen. Unter Umständen können auch Biomasseheizwerke um eine solarthermische Anlage ergänzt werden, insbesondere wenn dadurch der Betrieb eines mit fossilen Brennstoffen befeuerten Schwachlastkessels entfallen kann. Dazu allerdings muss das Wärmenetz, in welches die Solaranlage einspeist, mit möglichst tiefen Rücklauftemperaturen betrieben werden. Der Solarertrag sollte regelmäßig kontrolliert werden.

 

Vorteile, Hemmnisse

Ein wesentlicher Vorteil der Integration einer Solarthermie in ein Nah- oder Fernwärmenetz ist die Stabilität der Wärmegestehungskosten des Solaranteils. Der solare Deckungsanteil wird nicht nur erneuerbar und emissionsfrei zur Verfügung gestellt, er verursacht insbesondere keine Brennstoffkosten. Mit der Bedeutungslosigkeit eines Brennstoffpreises entfällt eine wesentliche Ursache für mögliche Preissteigerungen.

Hemmnisse können allerdings dadurch gegeben sein, dass große Flächen für Solarkollektoren gesichert werden müssen. Der damit verbundene Organisationsaufwand, die relativ hohen Investitionen und lange Abschreibungszeiten wirken sich hinderlich aus. Zudem sind der Rechtsrahmen und das Genehmigungsverfahren teils noch unsicher. Bei Kombinationslösungen - beispielsweise wenn thermische Solaranlagen in ein bestehendes Fernwärmenetz eingebunden oder mit einer Biomasseheizanlage oder einer Wärmepumpe kombiniert werden - handelt es sich mitunter um wenig bekannte "innovative" und teils recht komplexe Technologien, für die sich Akteuere, "Kümmerer" und versierte Planer finden müssen. Den Waldbauern, der sein Holz vermarkten möchte und deshalb ein Wärmenetz mit Holzheizwerk initiiert und vorantreibt, den gibt es bei solar unterstützten Wärmenetzen nicht. Eine wichtige Voraussetzung für einen erfolgreichen und effizienten Betrieb auch der Solaranlage ist ein möglichst tiefes Temperaturniveau des Wärmenetzes. Bestandsnetze mit hohem Temperaturniveau und hohen Rücklauftemperaturen eignen sich nicht oder nur sehr eingeschränkt für die Einspeisung solarer Wärme.

 

Kosten, Wirtschaftlichkeit, Förderung

Die Wirtschaftlichkeit der solaren Unterstützung ist stark vom Einsatzzweck und von der Ausführung abhängig und lässt sich nur im Einzelfall beurteilen. Generell werden niedrige Wärmegestehungskosten ermöglicht durch

  • eine möglichst einfache Einbindung der Solarthermie in ein Fernwärmenetz,
  • eine Freilandaufstellung der Solarkollektoren,
  • eine Solarleistung > 1 MWth,
  • niedrige Netztemperaturen,
  • solare Deckungsanteile an der Gesamtwärmeerzeugung bis 20 %.

Bezüglich der Kosten wird gerne das Beispiel Dänemark herangezogen. Die Verhältnisse in Deutschland unterscheiden sich allerdings teils deutlich von den Rahmenbedingungen in Dänemark; eine Vergleichbarkeit ist daher nur bedingt gegeben. Bei vergleichenden Kostenrechnungen ist grundsätzlich zu hinterfragen, welche Kosten und Fördermittel berücksichtigt wurden und ob es sich um eine Nah- oder Fernwärmelösung handelt. Musterkalkulationen, denen sehr große Solarkollektorflächen relativ geringer spezifischer Investition für die Einspeisung in ein Fernwärmenetz zugrunde liegen, die ohne Wärmespeicher und ohne Nachheizung auskommen und bei welchen die Flächennutzung kostenfrei angesetzt wurden, lassen sich keinesfalls 1:1 auf solar unterstützte Nahwärmeanlagen mit Wärmespeicher und eventuell erforderlicher Dachflächennutzung übertragen.

Bei solaren Wärmenetzen handelt es sich um langfristige und relativ hohe Investitionen, die Wärmegestehungskosten liegen auf durchschnittlichem Niveau. Gefördert wird solar unterstützte Nahwärme z.B. im Rahmen der KfW-Solarförderung 271/281. Die Förderung liegt hier bei bis zu 40 % der Investition in eine große Solarkollektoranlage. In Bayern kann im Rahmen der Richtlinie BioKlima unter bestimmten Voraussetzungen die Neuerrichtung von Biomasseheizwerken auch mit solar unterstütztem Wärmenetz eine Förderung erfahren, wobei die Förderung sich nur auf die Biomasseheizanlage bezieht. Des weiteren gibt es eine Förderung für Machbarkeitsstudien.

 

Anlagen und Projekte in Deutschland

Nach Informationen des AGFW e.V. sind derzeit (Stand: Dezember 2016) in Deutschland "Solarkollektoren mit einer Gesamtfläche von ca. 47.000 m2 in Anlagen größer als 1.000 m2 in Wärmenetze eingebunden. Diese Flächen erzeugen zusammengenommen eine thermische Spitzenleistung von 33 MW." Anlagen mit einer Fläche von insgesamt gut 35.000 m2 befinden sich in der Planung. (Quelle: AGFW aktuell 15/17)

 

 

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Bild: Biomasseheizwerk mit solarer Unterstützung in Büsingen

 

 

Publikationen und weiterführende Informationen:

Fünf neue Solarenergiedörfer in Deutschland im Jahr 2018

AEE (Hrsg.): Großwärmespeicher; Berlin 2017

AGFW e.V.: Dezentrale Einspeisung in Nah- und Fernwärmesysteme unter besonderer Berücksichtigung der Solarthermie; Frankfurt am Main 2016

KlimaAktiv: Einbindung von Solar- und Kondensationsanlagen in Biomasse-Nahwärme (06/2015)

AEE (Hrsg.): Bidirektionale Einbindung von Gebäuden mit Wärmeerzeugern in Wärmenetze - Ergebnisbericht; Wien 2014

Stadtwerke Crailsheim GmbH (Hrsg.): Solare Nah- und Fernwärme; Crailsheim 2013

Mangold, D.; Riegger, M.; Schmidt, T.: Solare Nahwärme und Langzeit-Wärmespeicher; Stuttgart 2008

Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (Hrsg.): Solarunterstützte Wärmenetze; Wien 2002

BINE-Projektinformation: Solar unterstützte Nahwärme; Bonn 2000

Bollin, E.; Huber, K.; Mangold, D.: Solare Wärme für große Gebäude und Wohnsiedlungen; Karsruhe (o.J.)

Bundesamt für Energie (Hrsg.): Machbarkeit solar unterstützter Wärmenetze im Kanton St. Gallen; Bern 2016

Energieeffiziente Wärmenetze (Nachbaricht zur Tagung vom 29.09.2016 in Karlsruhe)

ARGE QM Holzheizwerken (Hrsg.): FAQ 32 - Wie sollen Sonnenkollektoren eingebunden werden?

Informationsseite SolnetBW zu solaren Wärmenetzen in Baden-Württemberg mit Studien, Leitfäden, Projektbeispielen und Branchenverzeichnis (erstellt im Rahmen des geförderten Verbundvorhabens Solar District Heating)

SDH Online-Rechner (Ertrags- und Wirtschaftlichkeitsprognose solarer Wärmenetze)


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