Zusammenfassend wurden in Teil 1 die Abhängigkeit der Energieeinsparung vom spezifischen Speichervolumen (= Speichervolumen/Kollektorbruttofläche) sowie ein volkswirtschaftliches und ein technisches Optimum gefunden. An dieser Stelle sollen nun betriebswirtschaftliche Untersuchungen ergänzt werden.

Der erste Teil des Beitrags enthielt Hinweise und Richtlinien zur Dimensionierung von Kollektorfeldern und Speichern und lieferte einen Technologievergleich aktuell marktrelevanter Kollektorsysteme. Für die derzeit ertragsstärkste Technologie mit CPC-Vakuumröhrenkollektoren mit Plasma-Beschichtung "XL 19/49 P" (bzw. "XL 50 P") und Wasser als Wärmeträger wurde ein konkretes, für Deutschland typisches Wärmenetz am Referenzstandort Würzburg untersucht (Jahreswärmebedarf 10 GWh, Mindestlast 150 kW, Netztemperatur 80 °C (April bis Sept.) und 90 °C (Okt. bis März), Netzrücklauftemperatur 60 °C, Kollektoren 30° Südausrichtung, Kollektorertrag 626 kWh/m² Kollektorbruttofläche).

Mit wachsender Kollektorfläche erhöht sich der potentiell mögliche solare Deckungsanteil f_save. Für f_save bis ca. fünf Prozent ist überhaupt kein Speicher erforderlich, für größere f_save wächst der Speicherbedarf überproportional zur Kollektorfläche. Das volkswirtschaftliche Optimum (VWO, blaue Linie) liegt dort, wo ein weiter wachsender Speicher kaum noch einen Anstieg von f_save bewirken kann, ein kleinerer Speicher f_save aber um zunehmende Stagnationsverluste schmälerte. Es soll volkswirtschaftliches Optimum heißen, weil es die Auslegung zum größtmöglichen f_save mit dem geringsten Materialeinsatz, insbesondere für Speicher, aufzeigt. Das technische Optimum (TO, rote Linie) wird bei der Speichergröße erreicht, bei der aus der Kollektorfläche der maximale Jahres-Solarnutzungsgrad zu ziehen ist. Wird der Speicher noch größer gewählt als am TO, dann gibt es zu keiner Zeit mehr Solarwärmeüberschüsse. TO und VWO ergeben sich unabhängig von betriebswirtschaftlichen Daten wie den Kosten für die Kollektorfläche, den Speicherkosten oder den Betriebskosten der Anlage.

Das betriebswirtschaftliche Optimum

Berücksichtigt man die Investitionskosten der Anlage, dann folgt die wirtschaftlichste Dimensionierung der Solaranlage der orangefarbenen Linie des betriebswirtschaftlichen Optimums (BWO). Wenn der Solarspeicher nicht mit zur Investition in die Solaranlage gezählt wird, weil er z. B. für die KWK-Anlage oder für den Biomassekessel errichtet wurde und von der Solaranlage (vor allem im Sommer) nur mitgenutzt wird, dann ergibt sich für das BWO die violette Linie. Es überrascht nicht, dass das BWO zwischen dem VWO (= minimal "vertretbarer" Speicher) und dem TO (= maximal "vertretbarer" Speicher) liegt. Bis zu relativen Speichergrößen von etwa 0,05 m³ bzw. 50 Litern pro Quadratmeter Kollektorfläche spielt der Speicherpreis keine spürbare Rolle. Das BWO gibt jeweils die Dimensionierung an, bei der sich der niedrigste Solarwärmepreis ergibt. Da stellt sich natürlich die Frage nach den tatsächlichen Beträgen dieser Solarwärmepreis-Minima, wozu die Abb. 2 und 3 Auskunft geben.

Zählt der Speicher zur Investition, dann sinkt der Wärmepreis mit wachsender Kollektorfläche bis auf 48,5 €/MWh bei 1.800 m² Kollektorfläche und 100 m³ Speichervolumen. Mit weiter wachsender Kollektorfläche und Speichergröße erhöhen die Speicherkosten den Wärmepreis überproportional, so dass er zwischen ca. 6.000 m² und 8.000 m² mit einem Speicher von 5.000 m³ etwa. 90 €/MWh erreicht. Nach Abb. 1 erzielt man damit einen solaren Energieanteil f_save von ungefähr 45 Prozent. Zählt der Speicher hingegen nicht zur Investition, dann nehmen die Wärmepreisminima für konstante Speicher mit wachsender Kollektorfläche langsam immer nur ab. Der Wärmepreis sinkt von 50 €/MWh (ca. 650 m² Kollektorfläche, 10 m³ Speicher, 4,5% f_save) bis auf knapp 43 €/MWh (4.600 m² Kollektorfläche, 5.000 m³ Speicher, 33% f_save). Allerdings wird ein vorhandener KWK- oder Biomassekessel-Speicher i.d.R. auf eine Kapazität von höchstens 0,1 Prozent des Jahresbedarfs beschränkt sein, was bei dem Musternetz auf einen Speicher von 200 bis 300 m³ bzw. auf ein f_save von maximal 15 Prozent hinausläuft. Mit größer werdender Solaranlage verändert sich der Wärmepreis kaum noch, weil die mit der Größe sinkenden Anlagenkosten gerade die Wärmeverluste mit wachsendem Speicher kompensieren können. Die Abb. 4 und 5 zeigen, welche Annahmen diesen Preisen zugrunde liegen.

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