Erläuterung der Betriebstemperaturen bei Solarthermieanlagen
Erläuterung der Betriebstemperaturen bei Solarthermie: Ein Leitfaden nach Sektoren
Überblick: Dieser Leitfaden gibt einen Überblick über die Betriebstemperaturen von Solarthermieanlagen im gewerblichen und industriellen Bereich und erläutert, in welchen Bereichen Solarthermie als eigenständige Lösung eingesetzt werden kann und wo ein Hybridansatz mit einer Wärmepumpe den Anwendungsbereich erweitert.
Das Verständnis der Betriebstemperaturen solarthermischer Anlagen ist der Ausgangspunkt für jedes ernsthafte Projekt zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung, das diese Technologie einbezieht. Solarthermische Anlagen arbeiten nicht mit einer festen Leistung; ihre Leistung hängt von der Temperatur ab, die sie liefern sollen, und die Abstimmung der richtigen Technologie auf den jeweiligen Temperaturbedarf ist entscheidend dafür, ob eine Anlage effektiv arbeitet oder hinter den Erwartungen zurückbleibt.
Dieser Leitfaden deckt das gesamte Betriebsspektrum ab – von Warmwasser für den Hausgebrauch bei niedrigen Temperaturen bis hin zu mittlerer bis hoher Prozesswärme in der Industrie – und geht dabei auf die einzelnen Sektoren ein.
Falls Sie sich noch nicht mit der Funktionsweise von Solarthermieanlagen auskennen, finden Sie im Einführungsleitfaden zu Solarthermie-Kollektoren die Grundlagen, bevor Sie weiterlesen.
Warum die Betriebstemperatur bei solarthermischen Anlagen eine Rolle spielt
Solarthermische Kollektoren sind dynamische Systeme, die in der Lage sind, die an sie gestellten Betriebstemperaturanforderungen zu erfüllen oder zu unterstützen: Je höher die erforderliche Vorlauftemperatur im Verhältnis zur Umgebungstemperatur ist, desto mehr Wärme gibt der Kollektor an seine Umgebung ab und desto geringer ist sein Wirkungsgrad. Dies ist das Prinzip der Wirkungsgradkurve, das jeder Auslegungsentscheidung für solarthermische Anlagen zugrunde liegt.
Aus diesem Grund muss die Systemkonfiguration stets den Betriebstemperaturanforderungen der Anwendung entsprechen – und nicht umgekehrt. Die Anpassung von Solarthermie-Kollektoren und anderen Heiztechnologien (wie Wärmepumpen oder Heizkesseln) an die Betriebstemperaturen ist kein nebensächliches Detail der Spezifikation. Sie entscheidet darüber, ob das System wie vorgesehen funktioniert.
Flachkollektoren eignen sich gut für geringere Temperaturunterschiede, die Warmwasserversorgung im Haushalt und die Vorwärmung zur Raumheizung, wo die Vorlauftemperatur moderat ist und der Wärmeverlust begrenzt ist. Weitere Informationen zu Flachkollektoren finden Sie in unserem Leitfaden zu Solarthermie-Kollektoren. Die Vakuumröhren-Solarthermie-Technologie, wie beispielsweise VirtuHOT, gewährleistet auch bei höheren Vorlauftemperaturen von bis zu 120 °C einen hohen Wirkungsgrad. Dies wird durch das Vakuum um das Absorberelement ermöglicht, das konvektive und konduktive Wärmeverluste reduziert. Die durch das Vakuum bereitgestellte Wärmedämmung ermöglicht es dem Kollektor, bei höheren Zieltemperaturen effizient zu arbeiten.
Das Temperaturspektrum des Wärmebedarfs
Der Wärmebedarf erstreckt sich über ein breites Spektrum an Anwendungsbereichen und Temperaturanforderungen. Zu verstehen, wo sich der jeweilige Bereich innerhalb dieses Spektrums einordnet, bildet die Grundlage für die Bewertung der Eignung für Solarthermie.
Niedrige Temperaturen, bis zu 60 °C. Dies ist der am besten nutzbare Bereich für Solarthermie in gewerblichen Gebäuden. Hier fallen die Warmwasserbereitung (DHW), die Schwimmbadbeheizung und die Vorwärmung für die Raumheizung zusammen. Sowohl Flachkollektoren als auch Vakuumröhrenkollektoren erzielen bei diesen Temperaturen gute Leistungen, und die wirtschaftlichen Voraussetzungen für Solarthermie sind in diesem Bereich günstig, da der Wirkungsgrad hoch ist, die Technologie ausgereift ist und die Anwendungsmöglichkeiten vielfältig sind. Hotels, Freizeitzentren, Wohnanlagen und Bürogebäude weisen alle einen erheblichen Wärmebedarf im Niedertemperaturbereich auf.
Mittlere Temperatur, 60 °C bis 120 °C. Dies ist der primäre Einsatzbereich für industrielle Solarwärme in den meisten gewerblichen und leichtindustriellen Prozessen. Hotels mit hohem Warmwasserbedarf, Krankenhäuser, die legionellenkonforme Warmwasserkreisläufe benötigen, die Lebensmittel- und Getränkeherstellung, Brauereien, Molkereien, Wäschereien und die Leichtindustrie arbeiten alle in diesem Bereich. VirtuHOT-Vakuumröhrenkollektoren liefern über diesen gesamten Bereich hinweg eine zuverlässige Leistung und machen solare Prozesswärme zu einer praktischen Option für viele Branchen, die bisher vollständig auf Gasheizkessel angewiesen waren.
Mittlere bis hohe Temperaturen, 120 °C bis 200 °C. Prozesse in diesem Bereich sind stärker spezialisiert: Dampferzeugung, chemische Verarbeitung und einige großtechnische Pasteurisierungsanwendungen. Die Solarthermie kann hier einen bedeutenden Beitrag leisten, insbesondere in Kombination mit einer Wärmepumpe, um den oberen Bereich des Temperaturspektrums zu erreichen, oder als Vorwärmstufe, die den Energieaufwand für nachgeschaltete Anlagen reduziert. Bei größeren Projekten kommen in diesem Bereich auch konzentrierende Solartechnologien zum Einsatz.
Hohe Temperaturen, über 200 °C. Zu diesem Bereich gehören industrielle Großprozesse wie Bergbau, Zementherstellung und Metallverarbeitung. Nur bestimmte Technologien sind geeignet, um diese Temperaturanforderungen zu erfüllen. Diese Technologiekategorie kann Wärmeenergie bis zu 400 °C erzeugen.
Betriebstemperaturen bei solarthermischen Anlagen nach Sektor
Die nachstehende Tabelle dient als praktische Orientierungshilfe für Planer, Energiemanager und Nachhaltigkeitsbeauftragte, die vor einer detaillierten Machbarkeitsprüfung die Eignung für solarthermische Anlagen bewerten möchten. Die Temperaturbereiche sind Richtwerte und variieren je nach Prozessauslegung und Standortbedingungen.
Die Temperaturbereiche sind Richtwerte und variieren je nach Prozessauslegung, Standortbedingungen sowie Region. Für eine abschließende Bewertung der thermischen Erzeugung ist eine detaillierte Machbarkeitsprüfung erforderlich.
Hybridsysteme für Anwendungen im mittleren bis hohen Temperaturbereich
In Fällen, in denen Solarthermie den erforderlichen Wärmebedarf nicht als eigenständige Lösung decken kann, bietet der Einsatz in einem hybriden Energiesystem erhebliche Vorteile.
Ein herkömmliches Wärmepumpensystem nutzt die Umgebungsluft als Energiequelle. Der Kompressor der Wärmepumpe leistet dann Arbeit am Kältemittelsystem, um die Energie und damit die Temperatur zu erhöhen, die anschließend an Ihr System übertragen wird. Bei einem typischen Niedertemperatur-Warmwassersystem liegt diese bei den meisten bestehenden Gebäuden zwischen 60 °C und 80 °C. Das Problem bei dieser Art von System ist, dass es zur Erzeugung der erforderlichen Systemtemperaturen von Schwankungen der Umgebungstemperatur abhängig ist. Denn das System benötigt in der Regel dann am meisten Wärme, wenn die Umgebungstemperatur am niedrigsten ist. Durch den Einsatz einer Solarthermieanlage in Kombination mit einer Wasserwärmepumpe lässt sich dieses Problem umgehen. Eine solarthermische Anlage kann, bei richtiger Dimensionierung, das ganze Jahr über Niedertemperaturwärme liefern, die in die Quellenseite der Wärmepumpe eingespeist wird. In Verbindung mit intelligenten Steuerungen und einem Wärmespeicher kann eine solarthermische Anlage einen erheblichen Teil der für die Wärmepumpe benötigten Niedertemperaturwärme bereitstellen und so den SCOP-Wert der Wärmepumpe von etwa 2 auf bis zu 3,5 verbessern.
Dadurch eignet sich die Solarthermie für ein weitaus breiteres Spektrum industrieller Anwendungen, als eine isolierte Betrachtung vermuten lassen würde. Die Milchverarbeitung, die chemische Produktion, die pharmazeutische Fertigung und Fernwärmenetze profitieren alle von dieser Konfiguration. Die Vorwärmstufe mit Solarthermie senkt gleichzeitig den Stromverbrauch, die Betriebskosten und die CO₂-Emissionen.
Der Ansatz eines solarthermischen Wärmepumpen-Hybridsystems ist besonders relevant für Betreiber, die die Effizienz elektrifizierter Heizsysteme im Zuge der Abkehr vom Gas maximieren möchten.
Einen detaillierten Überblick darüber, wie diese Hybridsysteme konzipiert, ausgelegt und integriert werden, finden Sie im Leitfaden zu Solarthermie und Wärmepumpen.
Der wachsende Markt für industrielle Solarwärme
Industrielle Solarthermie ist kein neues Konzept. Es handelt sich um einen ausgereiften Markt mit einer umfangreichen und wachsenden Projektpipeline.
Laut dem von Solarthermalworld veröffentlichten „Solar Industrial Heat Outlook 2026–2028“ umfasst die weltweite Projektpipeline für industrielle Solarwärme (SHIP) 65 angekündigte Projekte mit einer gewichteten Leistung von 223 MW für den Zeitraum 2026–2028. Würden alle angekündigten Projekte realisiert, würde die Gesamtleistung bis zu 352 MW erreichen – das entspricht etwa dem Zwölffachen der im Jahr 2025 installierten SHIP-Leistung und einem erheblichen Anteil an der weltweiten SHIP-Gesamtleistung von 1.099 MW zum Ende des Jahres 2025.
Die Lebensmittel- und Getränkebranche ist weiterhin führend bei der Einführung dieser Technologie, und der Bergbausektor baut seine Präsenz in der Pipeline aus. Geografisch gesehen diversifiziert sich der Markt über seine etablierte europäische Basis hinaus, wobei im Prognosezeitraum erstmals neue Projekte in Brasilien und Afrika entstehen.
Diese Entwicklungen belegen, dass die Solarthermie bereits in der Lage ist, die Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung zu unterstützen. Unternehmen, die ihre Wärmeversorgung sichern und diversifizieren möchten, können auf eine wachsende Zahl anspruchsvoller Projekte in verschiedenen Branchen und Regionen zurückgreifen.
Was dies für Ihre Dekarbonisierungsstrategie bedeutet
Die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung lässt sich nicht mit einer einzigen Technologie lösen. Die richtige Lösung hängt von den jeweiligen Prozesstemperaturen, der verfügbaren Dach- oder Grundfläche, der bestehenden Heizungsanlage sowie den finanziellen Zielen und den CO₂-Reduktionszielen ab, die ein Unternehmen verfolgt.
Die Solarthermie befindet sich an einer praktischen Schnittstelle. Sie eignet sich hervorragend zur Unterstützung einer Vielzahl von Anwendungen in Gewerbegebäuden und in der Leichtindustrie.
Die Technologie ist auch für anspruchsvollere industrielle Prozesse geeignet. Dort fungiert sie als hochwertige Vorwärmstufe innerhalb eines Hybridsystems. In beiden Fällen senkt sie den Verbrauch fossiler Brennstoffe, reduziert die Scope-1-Emissionen und im letzteren Fall auch die Scope-2-Emissionen und ersetzt einen Energieeinsatz mit variablen Kosten durch eine vorhersehbare und stabile erneuerbare Energiequelle.
Die Systemkonzeption von Naked Energy orientiert sich an den Richtlinien des „Plan of Work“ des Royal Institute of British Architects (RIBA) und verfolgt einen ganzheitlichen Systemansatz, der maßgeschneiderte Heizungslösungen bietet, die auf Zuverlässigkeit, Effizienz und langfristigen Wert ausgelegt sind.
Von der Auswahl des am besten geeigneten Virtu über die Systemintegration bis hin zur Leistungsmodellierung und Echtzeitüberwachung – all dies wird im Rahmen einer Komplettlösung abgewickelt. Ausgangspunkt ist stets eine Machbarkeitsprüfung, die sich an den spezifischen Temperaturanforderungen, der verfügbaren Fläche und dem Energieprofil des Standorts orientiert.
Um zu erfahren, welche Vorteile Solarthermie für Ihr Unternehmen bieten könnte, besuchen Sie die Seite „Systemauslegung“ oder kontaktieren Sie uns, um mehr darüber zu erfahren, wie wir Sie auf Ihrem Weg zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung unterstützen können.
Fazit
Die Solarthermie ist eine temperaturangepasste Technologie. Zu verstehen, wo sich Ihre Prozesswärme im Temperaturspektrum einordnet und welche Konfiguration aus Kollektoren, Wärmepumpen oder Hybridsystemen diesen Anforderungen am besten gerecht wird, ist der Ausgangspunkt für jedes glaubwürdige Programm zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung.
Häufig gestellte Fragen
Welche maximale Temperatur kann ein Solarthermie-Kollektor liefern?
Die VirtuHOT-Vakuumröhrenkollektoren von Naked Energy sind für die Erzeugung von Warmwasser mit Temperaturen von bis zu 120° ausgelegt und eignen sich somit für eine Vielzahl von gewerblichen und industriellen Prozesswärmeanwendungen. Für höhere Temperaturen ist die konzentrierte Solarthermie (CST) erforderlich, bei der die Sonneneinstrahlung gebündelt wird, um Temperaturen von bis zu 400°C zu erreichen.
Wie verändert sich der thermische Wirkungsgrad von Solaranlagen mit der Temperatur?
Der Wirkungsgrad von Kollektoren nimmt ab, je stärker die erforderliche Auslasstemperatur gegenüber der Umgebungstemperatur ansteigt. Vakuumröhrenkollektoren bieten bei höheren Temperaturanforderungen eine bessere Leistung als Flachkollektoren, da die Vakuumschicht den Wärmeverlust an der Absorberoberfläche deutlich reduziert. Daher ist die Vakuumröhrentechnologie die bevorzugte Wahl für industrielle und gewerbliche Anwendungen im Mitteltemperaturbereich.
Kann eine Solarthermieanlage parallel zu einem bestehenden Gaskessel betrieben werden?
Ja. Solarthermieanlagen sind so konzipiert, dass sie sich in bestehende Heizungsanlagen integrieren lassen, darunter Gaskessel, Wärmepumpen und Elektroheizungen. In einer typischen Konfiguration erwärmt die Solarthermieanlage das Brauchwasser vor, wodurch sich der Energiebedarf des Gaskessels verringert, um die gewünschte Vorlauftemperatur zu erreichen. Dies senkt den Gasverbrauch und die Scope-1-Emissionen, ohne dass eine vollständige Erneuerung der Anlage erforderlich ist.
Was ist der Unterschied zwischen VirtuHOT und VirtuPVT?
VirtuHOT ist ein spezieller Solarthermie-Kollektor, der Wärme bis zu 120 °C erzeugt und für industrielle Prozesswärme sowie für die Warmwasserbereitung konzipiert ist. VirtuPVT ist ein hybrider Photovoltaik-Solarthermie-Kollektor, der gleichzeitig Strom und Wärme bis zu 75 °C erzeugt und sich für Anwendungen eignet, bei denen sowohl Wärme als auch Strom benötigt werden, wie beispielsweise für die Warmwasserbereitung in Gewerbe- oder Wohngebäuden.
Wie funktioniert ein solarthermisches Wärmepumpen-Hybridsystem?
In einer Hybridkonfiguration wird Solarthermie als Niedertemperatur-Wärmequelle für die Wärmepumpe genutzt. Dadurch wird die Vorlauftemperatur erhöht, wodurch sich der von der Wärmepumpe zu erzielende Temperaturunterschied verringert und sich deren Leistungskoeffizient (COP) verbessert. Das praktische Ergebnis ist ein geringerer Stromverbrauch der Wärmepumpe und ein System, das die Zieltemperatur zuverlässig erreicht. Die Integration von Solarthermie senkt die Betriebskosten des gesamten Systems und sorgt vom ersten Tag an für CO₂-Einsparungen.
Welche Branchen eignen sich am besten für die Nutzung von Solarthermie in gewerblichen Gebäuden?
Hotels, Krankenhäuser, Freizeitzentren, Wohnanlagen, Brauereien, Lebensmittel- und Getränkebetriebe sowie Wäschereien haben alle einen erheblichen Wärmebedarf im Bereich von 55 °C bis 90 °C, in dem Solarthermie äußerst effizient eingesetzt werden kann. Die Branchentabelle in diesem Beitrag bietet einen umfassenden Überblick über typische Prozesstemperaturen und empfohlene Konfigurationen nach Branchen.
Wie lange dauert die Planung und Installation einer Solarthermieanlage?
Bei gewerblichen und industriellen Projekten dauert die detaillierte Planung und Auslegung in der Regel drei bis sechs Monate. Die Installation dauert je nach Komplexität des Standorts und Größe der Anlage in der Regel vier bis sechs Monate. Ausgangspunkt ist eine Machbarkeitsprüfung, die Naked Energy im Rahmen seines Anlagenplanungsdienstes anbietet .
Weitere Informationen zur Auslegung von Solarthermieanlagen, zu Produktspezifikationen und zu Anwendungsbereichen in verschiedenen Branchen finden Sie unter VirtuHOT Produktseite sowie die Seite „Branchen“oder die case studies .
