Der Milchverarbeitungsbetrieb Emmi nutzt solarthermisch erwärmtes Brauchwasser für die Reinigung von Produktionsmaschinen. Bild: Emmi AG

Nach Einschätzung der SolTherm2050-Studie wird die Solarthermie bei der Bereitstellung von Warmwasser und Heizung für Wohngebäude an Stellenwert einbüssen. Bild: Schlussbericht SolTherm2050

Der Wärmeverbund in Schüpfen (BE) ist einer von wenigen in der Schweiz, der Solarwärme für ein Wärmenetz heranzieht. Bild: Wärmeverbund Lyssbach Schüpfen AG

Die Verkaufszahlen für Sonnenkollektoren sind in der Schweiz seit zehn Jahren rückläufig. Bild: Statistik Sonnenenergie

Solarabsorber auf dem Zürcher Justinus-Haus helfen, die sechs je 380 m langen Erdsonden zu regenerieren. Bild: kämpfen Zinke+Partner

Nach Einschätzung der SolTherm2050-Studie wird die Solarthermie bei der Bereitstellung von Warmwasser und Heizung für Wohngebäude an Stellenwert einbüssen. Bild: Schlussbericht SolTherm2050

Einbau eines saisonalen Warmwasserspeichers in einem Mehrfamilienhaus in Huttwil (BE) im August 2022. Bild: Jenni Energietechnik

Solarthermie-Studie SolTherm 2050: Von Prozesswärme über Kühlung bis Erdsondenregeneration - Solarwärme könnte 20% des Schweizer Wärmebedarfs decken

(BV) Die Photovoltaik wird in der Schweiz kräftig ausgebaut: 2021 wurden rund 43 % mehr Photovoltaik zugebaut als im Vorjahr – ein neuer Rekordwert. Anders das Bild bei der Solarwärme: Der Bau neuer Sonnenkollektoren ist seit zehn Jahren rückläufig. „Die Gründe für diesen Rückgang liegen unter anderem bei der Dominanz von Wärmepumpen im Neubau und bei Heizungssanierungen, die meist mit einer Photovoltaikanlage kombiniert werden“, schreibt der Branchenverband. Doch die Solarthermie-Studie zeigt, dass in der Schweiz noch ein gewaltiges Potenzial Brach liegt: 2019 stammten weniger als 1 % des Wärmebedarfs aus Solarwärme, obwohl sie rund 20 % der Wärmenachfrage decken könnte.


Vor diesem Hintergrund hat eine Studie im Auftrag des BFE die Perspektiven der Solarthermie untersucht und danach gefragt, welche Hindernisse beseitigt werden müssen, um dieser Form der Energiegewinnung in der Schweiz neuen Schwung zu verleihen. An der Studie mit dem Kürzel ‚SolTherm2050‘ waren die Fachhochschulen HSLU in Horw (LU) und OST in Rapperswil (SG) beteiligt, darüber hinaus die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ), das Beratungsunternehmen EBP und der Branchenverband Swissolar.

Jährlich 5 bis 10 TWh
Auch wenn alle Welt von der Elektrifizierung des Mobilitätssektors und weiterer Alltagsbereiche spricht, hat die Solarwärme eine Zukunft, sind die an der Studie beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler überzeugt: „Solarwärme ist Teil eines kostenoptimalen dekarbonisierten Energiesystems in der Schweiz. Sie kann jährlich 5 bis 10 TWh zur Wärmeversorgung des Landes beitragen“, halten die Autorinnen und Autoren im Projekt-Schlussbericht fest. Der Nutzen der Solarwärme ergibt sich dabei schon aus einer rein ökonomischen Betrachtung, wie Berechnungen im Rahmen der Studie gezeigt haben. Vor diesem Hintergrund sei es sinnvoll, an der Solarthermie für lohnende Einsatzgebiete festzuhalten, betont das Autorenteam von ‚SolTherm2050‘.


Tiefere Gesamtkosten
In der SolTherm2050-Studie wurde das Energiesystemmodell ‚Swiss Energyscope‘ der ETHZ eingesetzt. Dieses weist die Gesamtkosten für Investition und Betrieb des Schweizer Energiesystems aus, abhängig von den eingesetzten Energieträgern. Die Forschenden konnten zeigen, dass ohne Rückgriff auf Solarwärme die jährlichen Systemkosten 200 bis 400 Mio. Fr. höher zu stehen kommen als bei Nutzung dieser Technologie.


Prozesswärme und Kühlung
Aktuell kommt die Solarthermie in der Schweiz vorwiegend in Wohngebäuden zum Einsatz, in der Regel zur Bereitstellung von Warmwasser, manchmal zusätzlich für Heizzwecke. In diesen beiden Bereichen werde die Solarwärme mittelfristig an Bedeutung verlieren, halten die Autorinnen und Autoren fest: „Zunehmend wichtiger werden Solarthermie-Anlagen in Kombination mit einem Saisonspeicher, aber auch Anlagen zur Unterstützung von Wärmeverbünden oder Erzeugung industrieller Prozesswärme (Temperaturen im Bereich 80 – 150 °C) sowie längerfristig Anwendungen in Kombination mit Klimatisierung.“ (siehe auch Grafik linsk). Über die nächsten Jahrzehnte werde die Technologie als „Brückentechnologie“ mit Blick auf das Netto-Null-Ziel im Jahr 2050 fungieren. ‚Netto Null‘ bezeichnet das politische Ziel des Bundesrats, wonach die Schweiz zum genannten Zeitpunkt nicht mehr Treibhausgase ausstossen soll, als natürliche und technische Speicher aufnehmen können.

Solarthermie senke das Kostenrisiko
Das SolTherm2050-Studienteam sieht die Solarthermie als eine Technologie, die dann wertvolle Dienste leistet, wenn sich knappe Ressourcen wie Holz, Winterstrom oder die Wärme aus Erdsonden schonen lassen: Holz ist ein hervorragender Energiespeicher. Ihn im Sommer zu verheizen beschleunigt seine Verknappung und treibt den Preis nach oben. Stark beanspruchte Erdsonden führen im Winter zu schlechtem Wirkungsgrad und hohem Stromverbrauch. Die günstigen, sommerlichen Spitzenerträge der Solarwärme helfen dabei, die Energiepreise bei 5 - 10 Rp. pro Kilowattstunde (je nach Anlagengrösse) zu plafonieren, halten die an der Studie beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fest. Solarthermie senke das Kostenrisiko für die Anlageneigner und den Preisdruck im Energiesektor, vorausgesetzt das Marktvolumen ist substantiell gross.

Erdwärmesonden regenerieren
Ein interessantes Einsatzgebiet für Solarwärme sieht die Studie in der Regeneration von Erdwärmesonden. Der starke Ausbau von Wärmepumpen führt nämlich dazu, dass dem Boden mancherorts mit Erdwärmesonden viel Wärme entzogen wird. Das führt mittelfristig zu einer Abkühlung der Bodentemperatur und vermindert den verfügbaren Wärmeertrag bzw. erhöht den Stromverbrauch der Wärmepumpen, da diese bei tieferen Quelltemperaturen mehr Strom benötigen. Das ist gerade im Winter unerwünscht, weil es die oft beklagte Winterstromlücke verschärft. Um dem entgegenzuwirken, kann der Boden mit der Zuführung von Wärme regeneriert werden. Das gelingt, wenn man im Sommer das Erdreich rund um die Erdsonden mit Sonnenkollektoren wieder erwärmt.

Wasservorwärmung
Neben der Wasservorwärmung kann Solarthermie in verschiedenen Anwendungsgebieten ihre Vorzüge dank hoher Jahreserträge (teils über 800 kWh/m2) ausspielen. Um diesen Schatz an erneuerbarer Energie zu heben, haben die Autorinnen und Autoren der SolTherm2050-Studie Empfehlungen zuhanden der Heizungsbranche, der Forschung und der Politik erarbeitet.


Gefordert sind Heizungsbranche, Forschung und Politik
Solarthermie ist mit Gestehungskosten von 5 bis 20 Rp./kWh durchaus wettbewerbsfähig mit anderen Erzeugungsarten für Warmwasser und Heizwärme. Trotzdem hat Solarwärme aktuell einen schweren Stand. Die SolTherm2050-Studie hat eine Reihe von Empfehlungen formuliert, wie die Solarthermie stärker genutzt werden könnte. Sie werden nachfolgend in gekürzter Form aufgelistet:

  • Weiterbildung und Information zu Kombisystemen mit Wärmepumpen, bei denen Solarthermie zur Regeneration der Erdwärmesonden bzw. von Eisspeichern eingesetzt wird

  • Einsatz von standardisierten Heizsystemen aus Solarwärme/Holz bzw. Solarwärme/Biogas u.a. in Bestandsbauten, in denen der Einsatz einer Wärmepumpe schwierig ist

  • Systeme zur Nutzung von Solarwärme für Prozesswärme in der Heizungsbranche verankern und stärker bewerben

  • Systeme zur Nutzung von Solarwärme in Wärmeverbünden durch Best-Practice-Beispiele sichtbar machen

  • Durch Aus- und Weiterbildung den Mangel an qualifizierten Fachkräften beheben, das gilt etwa für Planer in den neuen Marktsegmenten Prozesswärme und Wärmeverbunde, aber auch für Installateure von Solarthermie-Anlagen

  • Digitalisierung der Solarthermie bei Planung und Betrieb unter anderem durch Fortbildung unterstützen

  • Forschung & Entwicklung müssen die Solarthermie technisch weiterentwickeln und kostengünstiger machen, u.a. bei Kollektortechnologie (insbesondere PHOTOVOLTAIKT-Module zur kombinierten Erzeugung von Warmwasser und Strom), Wärmespeichern (inkl. Eisspeicher), Regeneration von Erdwärmesonden und Systemlösungen für Prozesswärme

  • Realisierung von Demonstrationsprojekten mit solarthermischen Grossanlagen für Wärmeverbünde

  • Förderung der Solarthermie durch angepasste gesetzliche Vorgaben und finanzielle Unterstützung: So soll bei der Pflicht zum Einsatz erneuerbarer Energien bei Neubauten die Solarthermie der Photovoltaik gleichgestellt werden. Gefragt sind zudem einheitliche Vorgaben zur Regeneration von Erdwärmesonden. Der Einsatz von Sonnenenergie ausserhalb der Bauzonen soll erlaubt werden.

Schlussbericht zum Forschungsprojekt 'SolTherm2050 – Chancen durch Solarwärme und thermische Energispeicher für das Energiesystem Schweiz 2050' >>

Auskünfte zum Projekt erteilt Stephan A. Mathez (stephan.a.mathez[at]solarcampus.ch), externer Leiter des BFE-Forschungsprogramms Solarthermie und Wärmespeicherung.

Text: Benedikt Vogel, im Auftrag des Bundesamts für Energie (BFE)

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