In Deutschland sind aktuell mehr als 40 in Fernwärmenetze eingebundene Solarthermie-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.

Wie hier im hessischen Mengsberg werden inzwischen mehr als ein Dutzend Dörefer in Deutschland mit der Kombination aus Holzfeuerung und Solarthermie beheizt. 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.

Solar-Fernwärme 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 für Solarthermie

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.

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.

Superlative der Solarthermie-Fernwärme

Abgelöst wird sie aber 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 nach einem 41-prozentigen Wachstum allein im Jahr 2021 bei knapp 107.000 m² (Stand Mai 2021) liegt.

Lage und Größe von Solarthermie-Anlagen in der Fernwärme auf einer Deutschland-Karte.

Das Interesse bei Wärmeversorgern an der Solarthermie wächst seit Jahren. Und nach Daten des Steinbeis-Forschungszentrums Solites wird sich dieser Trend auch in den kommenden Jahren fortsetzen, wie die folgende Grafik zeigt.

Netzgebundene solarthermische Anlagen entwickeln sich in allen Marktsegmenten positiv. Für die kommenden Jahre sind vor allem große Anlagen für städtische Fernwärme in Vorbereitung.

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.

Förderung für Solarthermie in Fernwärme-Netzen

Möglicherweise wird sich die Wettbewerbssituation der großen Solarthermie gegenüber fossilen Energien noch weiter verbessern. Denn auch die Politik hat die Wachstumschancen der Solarthermie in Wärmenetzen und deren potenzielle Bedeutung für die Wärmewende erkannt. Die Bundesrepublik Deutschland 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. Dieses stellt für Fernwärme aus erneuerbaren Energien direkte Investitionskostenzuschüsse und Betriebskostenhilfen in Aussicht. Daneben wird es weiterhin Boni und per Ausschreibung ermittelte Betriebskostenzuschüsse über das KWK-Gesetz geben. Innerhalb der Bundesförderung effiziente Gebäude werden außerdem künftig auch individuell Hausbesitzer:innen gefördert, die sich an ein Fernwärmenetz anschließen lassen. Voraussetzung ist, dass dieses zu mindestens 25 Prozent mit erneuerbaren Energien beheizt wird (ab 55 % Erneuerbare steigt die Zuschussquote).

Aktualisiert am 21.5.2021 | Autoren: Thomas Pauschinger, Guido Bröer
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Weitere Informationen:

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

Youtube-Kanal “Solare Wärmenetze”

Twitter: @solnetz

BDEW-Studie “Grüne Fernwärme für Deutschland” von Hamburg-Institut und FfE

AGFW-Studie: “Perspektive der Fernwärme – Maßnahmenprogramm 2030” von Prognos und Hamburg-Institut

Difu: Klimahacks Nr. 7 – “Mach Dein Projekt zu solaren Wärmenetzen”

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.