Wärmewende schaffen: Mit Wasser und Vakuum

Vakuumdämmung macht es möglich: Ein neues Solarthermiesystem in Verbindung mit einem hocheffizienten Frischwasserspeicher ermöglicht maximal effiziente solare Wärmeerzeugung und -speicherung. Aufgrund der Vakuumdämmung ist der Wärmeverlust minimal. Die hocheffiziente Systemtechnologie wurde von Paradigma, einer Marke der Ritter Energie- und Umwelttechnik, und va-Q-tec gemeinsam entwickelt.

Mit welchen Lösungen kann die Wärmewende wirklich gelingen? Erneuerbare Energien zur Wärmeerzeugung in Gebäuden stehen in der Regel nicht rund um die Uhr zur Verfügung. So erzeugen Solarthermiesysteme beispielsweise nur tagsüber Energie. In Zeiten hohen Bedarfs wird Heizstrom künftig deutlich teurer als in den übrigen Zeiträumen. Um die zur Verfügung stehende Energie optimal und wirtschaftlich zu nutzen, müssen also hocheffiziente Wärmespeicher her. Sie heizen sich auf, wenn preiswerte, regenerative Energie zur Verfügung steht, und halten die Wärme für Dusche und Heizung im Idealfall über mehrere Tage. So können auch Perioden mit bewölktem Himmel und unattraktiven Strompreisen überbrückt werden. Das gelingt am besten mit einer Kombination aus neuen Vakuumröhrenkollektoren und vakuumgedämmten Frischwasserspeichern. Zusammen ermöglichen sie eine hocheffiziente und CO2-freie Wärmebereitstellung.

Effiziente Systemtechnologie: Sonnenenergie, Wasser und Vakuum gemeinsam maximal nutzen

In südlichen Ländern sind einfache Sonnenkollektoren schon Jahrzehnte im Einsatz; dort sind sie auf nahezu jedem Dach installiert. In Deutschland ist es noch ein wachsender Markt. Zahlen des Bundesverbands Solarwirtschaft zufolge waren Ende 2023 rund 2,6 Millionen Solarwärmeanlagen auf deutschen Dächern installiert, und die installierte Solarwärmeleistung beträgt 14,42 Gigawatt. Zum Vergleich: Im Jahr 2023 betrug die installierte Solarwärmeleistung weltweit 560 Gigawatt.

CPC-Spiegel auf dem Dach lenken das Sonnenlicht auf Vakuumröhren, die das kalte Heizungswasser effizient erhitzen. Bei ausreichender Temperatur schaltet die Solarregelung die Solarpumpe an und das warme Wasser wird in den Frischwasserspeicher gepumpt, bereit für die Nutzung beim Duschen, Waschen oder Heizen. Quelle: Ritter Energie- und Umwelttechnik

Mit Hilfe der Vakuumdämmung sind die Kollektoren auch in der Mitte Europas sinnvoll. Möglich macht das Paradigma – eine Marke der Ritter Energie- und Umwelttechnik GmbH & Co. KG. Das Unternehmen aus dem, zwischen Stuttgart und Tübingen gelegenen, Dettenhausen hat in Zusammenarbeit mit va-Q-tec aus Würzburg ein hocheffizientes Solarthermiesystem mit einem dazugehörigen Wärmespeicher der Energieeffizienzklasse A+ entwickelt.

Der neuartige Frischwasserspeicher SP Aqua HEX+ vereint die vielfältigen Vorteile von Wasser und Vakuum. „Diese Kombination macht unser System deutlich effizienter als andere Systeme“, sagt Wilfried Grießhaber, Produktmanager Solar und Speicher bei Ritter Energie- und Umwelttechnik. Der neue Sonnenkollektor AquaSOLAR+ kann den Speicher auf bis zu 90 Grad Celsius oben und 80 Grad Celsius unten aufheizen und nutzt damit das Speichervolumen optimal aus. Das neue Modell nutzt ausschließlich Wasser als Wärmeträger und erhitzt dieses in leistungsstarken Vakuumröhren. Der Kollektor verfügt über eine neuartige, innovative Registertechnologie mit sehr geringem Strömungswiderstand und ist besonders langlebig und korrosionsbeständig.

Ein Solarthermiesystem AquaSOLAR+ mit zehn Quadratmetern Kollektorfläche spart bei einer angenommenen Laufzeit von 20 Jahren 10.000 Liter Heizöl oder 10.000 m³ Erdgas im Vergleich zur klassischen fossilen Wärmeerzeugung. Der SOLAR PLASMA+ ist laut „Solar Keymark“ mit einem jährlichen Wärmeertrag von 673 kWh/m² bezogen auf die Bruttokollektorfläche einer der effizientesten Kollektoren am Markt und bietet eine höhere Leistungsdichte als andere Sonnenkollektoren.

Heizkessel auf dem Dach: So funktioniert der Vakuumröhrenkollektor

Der vakuumgedämmte Frischwasserspeicher dient gleichzeitig der Wärme- und Frischwasserversorgung und ist aufgrund der hexagonalen Form ein Raumwunder. Die Montage von Solar-, Frischwasser-, Heizkreislauf- und Ladestationen direkt am Speicher ist möglich. Quelle: Ritter Energie- und Umwelttechnik

Das kalte Heizungswasser wird in Intervallen aus dem unteren Bereich des Frischwasserspeichers in den Kollektor auf dem Dach gepumpt. CPC-Spiegel, die unter den Vakuumröhren liegen, lenken das Sonnenlicht optimal auf die Absorberflächen. Die Solarstrahlung erhitzt das Wasser, aber die Wärme verbleibt zunächst in den Röhren. Sie strahlt nicht nach außen ab – ein Prinzip, das man von der klassischen Thermoskanne kennt. Hat das Wasser eine ausreichend hohe Temperatur erreicht, schaltet die Solarregelung die Solarpumpe an. Das Heizungswasser wird in den oberen Teil des Frischwasserspeichers gepumpt und kann sofort beim Duschen, Waschen oder Heizen zum Einsatz kommen.

Im Sommerhalbjahr von April bis Oktober übernimmt das Solarthermiesystem – je nach Dämmstandard des Hauses – häufig die komplette Wärmeversorgung. Auch im Herbst und im Winter, wenn insgesamt weniger Sonnenlicht zur Verfügung steht, unterstützen die Vakuumröhrenkollektoren den klassischen Wärmeerzeuger immer noch erheblich. Sie verlängern damit seine Lebensdauer und sparen weiter Primärenergie ein. An klaren Wintertagen ist dank patentierter Frostschutzfunktion ein gewinnbringender Betrieb der SOLAR PLASMA+ Kollektoren möglich.

Ein SOLAR PLASMA+ Vakuumröhrenkollektor lässt sich einfach in bestehende Heizsysteme einbinden und mit beliebigen vorhandenen oder neuen Wärmeerzeugern kombinieren. Kurz zusammengefasst bedeutet das: Der Kollektor arbeitet wie ein zusätzlicher, völlig CO₂-freier Heizkessel auf dem Dach und speist die gewonnene Wärme direkt in den Heizkreislauf ein.

Das Herzstück des Systems: Der vakuumgedämmte Frischwasserspeicher

Ein kritischer Punkt für die Effizienz eines Solarthermiesystems ist der Wasserspeicher. Nur wenn der Wärmeverlust im Zeitverlauf so gering wie möglich ist, kann das System hocheffizient arbeiten. Und genau diese Anforderung erfüllt der SP Aqua HEX+ mit der höchstmöglichen Energieeffizienzklasse A+.

Durch die Dämmung von va-Q-tec mit integrierten Vakuumisolationspaneelen (VIPs) hält der mit zahlreichen Funktionen ausgestattete Frischwasserspeicher die Wärme besser als Speicher mit herkömmlichen Dämmmaterialien. Die Materialstärke der Dämmung bleibt dabei gleich. Der Speicher dient gleichzeitig der Wärme- und Frischwasserversorgung und ist noch dazu ein Raumwunder. Die hexagonale Form reduziert den Platzbedarf im Heizungskeller oder Hauswirtschaftsraum und ermöglicht die Montage einer Solar- oder Frischwasserstation direkt am Speicher. Das sorgt für kurze Leitungslängen, also geringe Wärmeverluste, und spart Zeit bei der Montage. Auch die zusätzliche Installation von Heizkreis- und Ladestationen am Speicher ist möglich.

Die Vakuumisolationspaneele erfüllen höchste Qualitätsstandards und lassen sich passgenau in verschiedenen Dicken, Formen sowie mit Aussparungen herstellen. „Da die Vakuumisolationspaneele auch als Systemlösung verfügbar sind, lassen sie sich in die Herstellungsprozesse beim Kunden einfach integrieren“, sagt Tobias Bock, Global Head of Business Unit Thermal Energy Efficiency bei va-Q-tec.

Das Ergebnis der Zusammenarbeit zwischen Ritter Energie- und Umwelttechnik und va-Q-tec kann sich sehen lassen: Der mit dieser innovativen Vakuumdämmung isolierte Speicher erhält nicht nur die höchstmögliche Energieeffizienzklasse A+, sondern unterschreitet sogar noch die dafür gesetzlich vorgeschriebene Grenze beim Wärmeverlust um knapp zehn Prozent. Erlaubt wäre ein Wärmeverlust von 50,4 Watt. Der SP Aqua HEX+ 750 hingegen verzeichnet einen Wärmeverlust von nur 46,1 Watt. „Das neuartige Konzept ist damit seiner Zeit weit voraus“, bestätigt Bock.

Der SP Aqua HEX+ 750 erreicht dank innovativer Vakuumdämmung die Energieeffizienzklasse A+ und unterschreitet sogar noch die dafür gesetzlich vorgeschriebene Grenze beim Wärmeverlust um knapp 10 Prozent. Quelle: Ritter Energie- und Umwelttechnik

Das Erfolgsgeheimnis: Passgenaues Dämmmaterial für Wärmespeicher

Eine kluge Anschlussverteilung und passgenaue Vakuumisolationspaneele ermöglichen eine maximale Oberflächenabdeckung und damit minimale Wärmeverluste. Durch die abnehmbaren Halbschalen lässt sich der großvolumige 750-Liter-Speicher mühelos durch Standardtürmaße transportieren. Quelle: va-Q-tec

Geschafft haben die beiden Unternehmen das, indem sie die gesamte Dämmung und insbesondere die Vakuumisolationspaneele vollständig und genau in der Größe und Form des Wasserspeichers produzieren. Zudem wurde die gesamte Anschlussverteilung völlig neu gedacht. Um den Wärmeverlust noch weiter zu senken, ist der SP Aqua HEX+ bei maximaler Oberflächenabdeckung mit speziellen Vakuumisolationspaneelen in allen Dämmkomponenten des Wärmespeichers ausgestattet. Damit sich der Wärmespeicher leicht an seinen Zielort transportieren lässt, ist das gesamte Hartschalen-Dämmsystem (va-Q-shell) zudem abnehmbar. So passt der großvolumige Speicher mit 750 Litern Inhalt ganz einfach durch alle Standardtüren.

Optimales Einsatzgebiet: Ein- und Zweifamilienhäuser

Mit all diesen Raffinessen ist der designoptimierte SP Aqua HEX+ optimal geeignet für den Einbau in Ein- und Zweifamilienhäusern, um dort die von Vakuumröhrenkollektoren erzeugte Wärme zu speichern. „Darüber hinaus eignet sich der vakuumgedämmte Frischwasserspeicher natürlich auch für Immobilien mit Holzpellet- und Scheitholzkesseln“, sagt Grießhaber: „Auch für erneuerbare Energien wie diese stehen nur begrenzte Ressourcen zur Verfügung.“

Gute Aussichten bietet das System AquaSOLAR+ auch für Wärmepumpenbesitzer: Die Spezialisten von Ritter Energie- und Umwelttechnik und va-Q-tec haben eine Lösung erarbeitet, die speziell auf deren Bedürfnisse zugeschnitten ist. Dafür wurde ein spezieller Speichertyp für hohe Volumenströme und mit identischer Dämmtechnologie entwickelt. Die Markteinführung erfolgte im Oktober 2024.

Als Fazit bleibt: Das neuartige Solarthermiesystem AquaSOLAR+ ist maximal effizient und läuft besonders zuverlässig. Damit ist die Kombi aus Vakuumröhrenkollektoren SOLAR PLASMA+ und vakuumgedämmtem Frischwasserspeicher SP Aqua HEX+ eine ideale Ergänzung für alle energetisch nachhaltigen Immobilien, die für ihre Wärmeversorgung das Maximum aus der Solarenergie herausholen wollen.

Autoren

Wilfried Grießhaber
Produktmanager Solar und Speicher bei Ritter Energie- und Umwelttechnik GmbH & Co. KG
Mailadresse: info@paradigma.de, www.paradigma.de