In Deutschland sind heute rund 40 in Wärmenetze eingebundene solarthermische Großanlagen in Betrieb. Über die Hälfte davon wurden seit den 1990er-Jahre in Forschungsprogrammen des Bundes realisiert. Mitte der 2010er-Jahre gab es eine Kehrtwende: Die Solarthermie-Anlagen werden heute von Fernwärme-Versorgern vornehmlich aus betriebswirtschaftlichen Gründen und als Maßnahme des lokalen Klimaschutzes realisiert. Der Zuwachs findet derzeit vor allem in zwei Bereichen statt: bestehende Fernwärmenetze in Ballungsräumen und neue Wärmenetze im ländlichen Raum (Energiedörfer). Die Technologie gilt ausgereift und beliebig skalierbar. Zum Einsatz kommen dabei großflächige Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren. Diese sind speziell für den Einsatz in Wärmenetzen und deren Temperaturen bis 100 °C entwickelt.

Eine Reihe von Solarthermiekollektoren im Freien vor einer regionalen Heizzentrale.
Solarthermie und Hackschnitzel: Nach diesem Modell versorgt sich inzwischen mehr als ein Dutzend Energiedörfer in Deutschland mit 100 Prozent erneuerbarer Wärme. Hier die Heizzentrale im hessischen Mengsberg. Foto: Guido Bröer

Der Anteil erneuerbarer Energien im Wärmebereich betrug 2019 in Deutschland lediglich rund 14,5 %. Wärmenetze stellen hierbei eine strategische Option für die Wärmewende im Gebäudebereich dar. Sie ermöglichen es, erneuerbare Energien, Effizienztechnologien und Sektorenkopplung in lokale Wärmeversorgungssysteme zu integrieren. Aus organisatorischer Sicht ermöglichen Wärmenetze ein schnelles Vorankommen. Dies zeigt sich beispielsweise in den – zumeist ländlichen – Gemeinden, die aktuell von dezentralen Gebäudeheizungen auf ein Wärmenetz auf Basis erneuerbarer Energien umstellen. Sie vollbringen innerhalb einer Planung- und Bauphase von nur wenigen Jahren eine fast vollständige Wärmewende hin zu einer 100 % klimaneutralen Wärmeversorgung.

Mit und ohne Saisonalspeicher

Ausgelegt auf die vollständige Deckung der Sommerlast trägt die Solarthermie in solchen Energiedorf-Projekten auch nennenswerte Anteile der Heizlast der Fernwärmesystems in den Übergangsjahreszeiten. In der heute üblichen Dimensionierung deckt die Solaranlage etwa ein Fünftel der Jahreswärmemenge. Höhere solare Deckungsanteile bis zu 50 Prozent und mehr sind möglich, wie Beispiele vor allem aus Dänemark und Deutschland zeigen, allerdings ist dafür ein saisonaler Speicher erforderlich, der sommerliche Überschüsse in der kühlen Jahreszeit nutzbar macht.

Wärmenetze im allgemeinen und solare Wärmenetze im Besonderen erfordern jedoch hohe und langfristige Investitionen, die eine gute und durchdachte Planung voraussetzen. Mit einer kommunalen Wärmeplanung werden hierfür Entscheidungsgrundlagen geschaffen. Dabei wird auch erfasst, welche erneuerbare Energiequellen lokal verfügbar ist. Anders als etwa Energieholz, Biogas, oder Geothermie, stellt zwar die Sonne ihre thermische Energie überall in ausreichendem Maße zur Verfügung. Allerdings bedarf es der nötigen Flächen zur Aufstellung von Kollektoren. Zwar ist eine Verteilung auf Dachflächen technisch machbar; um gegenüber konkurrierenden – fossilen – Energieträgern in der Wärmeversorgung wettbewerbsfähig zu sein, werden große Kollektorfelder im Fernwärmemaßstab aber in jüngster Zeit überwiegend auf Freiflächen installiert.

Flächenfindung

Eine zentrale Herausforderung bei der konkreten Projektentwicklung ist es daher, geeignete ortsnahe Flächen zu finden. Denn insbesondere in urbanen Räumen besteht eine hohe Flächen-Nutzungskonkurrenz zwischen Wohnungsbau, Gewerbeansiedlung, Landwirtschaft und der Gewinnung erneuerbarer Energien. Zumindest gegenüber anderen energetischen Nutzungen punktet die Solarthermie dabei durch ihre mit Abstand höchste Flächeneffizienz. Je Hektar Landfläche können pro Jahr circa 2000 Megawattstunden Wärme geerntet werden. Die Photovoltaik kommt nur etwa auf ein Viertel dieser Effizienz. Und gegenüber dem Anbau von Biomasse liegt die Effizienz der Solarthermie um den Faktor 30 bis 50 höher.

Anlagen um urbanen Raum

Die aktuellen Projekte zeigen, dass selbst in Ballungsräumen ein Interessensausgleich zugunsten von Solarenergie und Klimaschutz möglich ist. Ein Meilenstein war für Deutschland die 2016 eingeweihte Anlage der Stadtwerke Senftenberg. Der Kommunalversorger hat 8300 m2 Kollektorfläche auf einer alten Deponie installiert. Allein in den Jahren 2019 und 2020 sind in Ludwigsburg, Potsdam, Halle, Bernburg, Ettenheim und Erfurt deutschlandweit sechs große Solarthermieprojekte im Bereich städtischer Fernwärme fertiggestellt worden. Das Kollektorfeld der Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim ist mit 14.800 m² Flachkollektorfläche derzeit die größte Solarwärmeanlage in Deutschland.

Arbeiter in gelben Westen installieren Solarkollektoren.
Bau der größten Solarwärmeanlage in Ludwigsburg. Foto: Guido Bröer

Abgelöst wird sie voraussichtlich von einer 18.700 m² großen Vakuumröhrenkollektoranlage in Greifswald, die die dortigen Stadtwerke im Rahmen eines sogenannten iKWK-Projektes im Laufe des Jahres 2021 realisieren wollen. Die weltgrößte Solarthermie-Anlage an einem Fernwärme-System steht im dänischen Silkeborg. Die 2016 in Betrieb gegangene Anlage misst rund 156.000 m² Kollektorfläche und leistet bis zu 110 Megawatt. Die Dimension dieser einen Anlage übertrifft mithin noch die gesamte in deutschen Wärmenetzen installierte Kollektorfläche, die (Stand Ende 2020) bei etwa 105.000 m² liegt.

Deutschlandkarte zeigt die Solathermieanlagen in der Fernwärme.

Das Interesse bei Wärmeversorgern an der Solarthermie wächst seit Jahren. Attraktiv ist sie für Branche nicht nur wegen der Herausforderung einer Dekarbonisierung der Netze. Auch die preisstabilisierende Wirkung eines Solarthermie-Anteils im Wärmenetz ist für Versorger ein Investitionsanreiz. Ab einer Größe von rund 3000 m² Kollektorfläche bzw. 2 MW Leistung lassen sich mit der aktuellen Regelförderung vor diesem Hintergrund konkurrenzfähige Wärmegestehungskosten von etwa 40 Euro pro Megawattstunde (€/MWh) erzielen.

Attraktive Förderung

Möglicherweise wird sich die Wettbewerbssituation der großen Solarthermie gegenüber fossilen Energien noch weiter verbessern. Denn auch die Politik in Deutschland hat die Wachstumschancen der Solarthermie in Wärmenetzen und deren potenzielle Bedeutung für die Wärmewende erkannt. Der Bund stellt seit einigen Jahren attraktive Förderprogramme für Wärmeplanung, Machbarkeitsstudien bereit. Mit der Bundesförderung Effiziente Wärmenetze (BEW) soll im Jahr 2021 ein ganz neues Förderinstrument an den Start gehen, das für Fernwärme aus erneuerbaren Energien direkte Investitionskostenzuschüsse und Betriebskostenhilfen in Aussicht stellt. Daneben wird es weiterhin Boni und per Ausschreibung ermittelte Betriebskostenzuschüsse über das KWK-Gesetz geben. Innerhalb der Bundesförderung effiziente Gebäude werden außerdem künftig auch auf der individuellen Ebene Hausbesitzer:innen gefördert, die sich an ein Fernwärmenetz anschließen lassen, das zu mindestens 25 Prozent mit erneuerbaren Energien beheizt wird (ab 55 % steigt die Zuschussquote).

4.1.2020 | Autoren: Thomas Pauschinger, Guido Bröer
© Solarthemen Media GmbH

Weitere Informationen:

Wissensdatenbank des Steinbeis-Forschungsinstituts Solites zu solaren Wärmenetzen unter www.solare-waermenetze.de

Youtube-Kanal “Solare Wärmenetze”

Twitter: @solnetz

Die Autoren:

Thomas Pauschinger ist Mitglied der Geschäftsleitung beim Steinbeis Forschungsinstitut Solites in Stuttgart. Er ist Initiator und Koordinator zahlreicher internationaler und nationaler Vorhaben zur Marktbereitung von Solarthermie und anderen erneuerbaren Energien in der Fernwärme. Er berät hierzu Kommunen, Wärmeversorger und Behörden.

Guido Bröer ist Geschäftsführer der Solarthemen Media GmbH. Er ist einer der beiden Herausgeber und Chefredakteure des Solarservers, des Infodienstes Solarthemen und der Zeitschrift Energiekommune. Den Bereich der solaren Wärmenetze begleitet er publizistisch seit vielen Jahren.