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Was kann solare Wärme zum Betrieb von Nahwärmenetzen beisteuern?

Hochschule Fakultäten Angewandte Naturwissenschaften - Gebäude Energie Umwelt

Beim Kolloquium der Fakultät Gebäude-Energie-Umwelt ging es dieses Mal um solare Wärme

Deutschland sowie die Europäische Union verfolgen hoch ambitionierte Ziele: Der Energiebereich soll innerhalb der kommenden dreißig Jahre klimaneutral werden. Wie das gelingen soll, ist offen. Bisher richteten sich die meisten Anstrengungen auf die stark subventionierte Grünstromerzeugung, während  der Wärmemarkt und der Verkehr weniger im Blickpunkt standen.

Dipl.-Ing. Thomas Pauschinger von Solites, ein Steinbeis-Forschungsinstitut für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme, der am 16. Dezember 2020 beim Kolloquium der Fakultät Gebäude-Energie-Umwelt zu Gast war, sieht deshalb bei der Wärmeversorgung einen deutlichen Nachholbedarf. 184 Studierende und Gäste folgten dem Vortrag, moderiert von Prof. Dr. Werner Braun.

Der Referent zeigte sich überzeugt, dass solare Wärme wesentlich mehr kann als das, was bisher erreicht wurde. Er wies darauf hin, dass Hausbesitzer in der Vergangenheit viel lieber in die politisch gewünschte Photovoltaiktechnik investierten als in - kaum subventionierte - Solarkollektoren. In seinem Vortrag stellte er interessante Lösungen vor, bei denen solare Wärme nicht dezentral auf den Hausdächern von Wohngebäuden geerntet wird, sondern mithilfe großflächiger Kollektorfelder. Der Solarertrag wird dabei in Wärmenetze eingespeist, aus denen dann die einzelnen Gebäude ihren Wärmebedarf decken. Allerdings ist, ähnlich wie bei der Grünstromerzeugung, der Bedarf im Winter höher als der Solarertrag, der im Sommer am größten ist. Abhilfe schaffen bei diesem Problem weitere Wärmeerzeuger wie beispielsweise Wärmepumpen,  Biomasse-Heizwerke oder gasbetriebene Verbrennungsmotor-Blockheizkraftwerke, mit denen die Hauptlast der Wärmeversorgung zeitgerecht geschultert wird. Um den solaren Beitrag, der in der Regel bei etwa 15 bis 25 Prozent liegt, zu erhöhen, können große wasserbasierte Wärmespeicher ins Wärmenetz integriert werden, die flexibel bewirtschaftet werden. Die inzwischen verwirklichten Solarwärmefelder weisen wesentlich größere Kollektor-Baugrößen auf als die dezentralen Kollektoren für Wohngebäude und sind deshalb kostengünstiger.

Thomas Pauschinger stellte eine Reihe vor kurzem verwirklichter Projekte vor: beispielsweise das Solarkollektorfeld in Ludwigsburg, das mit einer Kollektorfläche von 14.800 Quadratmetern und einer höchsten Wärmeleistung von 9 Megawatt einen Jahresertrag von 5.500 Megawattstunden erwirtschaftet und diese Wärme in das bestehende Nahwärmenetz der Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim GmbH mit seinem älteren Holzhackschnitzel-Heizkraftwerk einspeist; Hilfestellung leistet dabei ein Wärmespeicher mit 2000 Kubikmetern Wasserinhalt. 

Weiter machte der Vortragende auf ein solares Kollektorfeld mit 2950 Quadratmetern Fläche aufmerksam, das eine höchste Wärmeleistung von 2 Megawatt aufweist und seinen Ertrag ins Wärmenetz der Bioenergie-Genossenschaft in der Gemeinde Mengsberg in Mittelhessen mit seinen 147 häuslichen Wärmekunden einspeist; mit dabei ist ein Heißwasserspeicher mit 300 Kubikmetern Inhalt.

In Dänemark gibt es zahlreiche ländliche Gemeinden, die über ältere Nahwärmenetze verfügen, dort sind solche Netze aufgrund des ebenen Geländes und häufig sandiger Böden günstig zu erstellen. Bisher wurden solche Netze zusammen mit Erdgas-Blockheizkraftwerken (BHKW), Spitzenkesseln und Heißwasserspeichern betrieben. Weil inzwischen kostengünstiger Windkraftstrom - oft im Überschuss - verfügbar ist, wird ein wirtschaftlicher Betrieb der BHKW schwieriger. Hilfestellung erhalten dänische Nahwärmenetze deshalb von großen solaren Kollektorfeldern: So verfügt etwa der Ort Dronninglund über ein Wärmenetz mit 1.350 Wärmekunden. Wärme steuert eine große solarthermische Anlage mit einer Fläche von etwa 37.600 Quadratmetern bei, die eine jährliche Ernte von 15.000 Megawattstunden erbringt und damit rund 40 Prozent des Wärmebedarfs deckt; überschüssige Wärme speichert ein riesiger Erdgruben-Wärmespeicher mit 62.000 Kubikmetern Wasserinhalt. Hinzu kommt eine große Wärmepumpe mit 2,1 Megawatt Leistung, die von einem Bio-Öl-befeuerten Verbrennungsmotor angetrieben wird, sowie ein Erdgas-BHKW mit Spitzen-Gaskessel.

Thomas Pauschinger sieht eine gute Zukunft für solare Wärme, die über großflächige Kollektorfelder geerntet wird - allerdings sei dafür ein politisch gestütztes „Apollo-Programm“ für den Ausbau erneuerbarer Wärme nötig.

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Christiane Rathmann
M.A. Christiane Rathmann