Der energetische Nutzen von Solarsystemen wird anhand des Ertrages pro Jahr in kWh gemessen und meist auf den m² Kollektorfläche bezogen. Dieser spezifische Kollektorertrag ist im Wesentlichen abhängig von der Sonneneinstrahlung am Standort, der Neigung und Ausrichtung, einer möglichen Verschattung der Kollektoren sowie deren durchschnittlichem Temperaturniveau. Auch die Qualität der Komponenten, Rohrleitungslängen und Speicherverluste spielen eine, allerdings untergeordnete, Rolle.

Innerhalb des Programms Solarthermie-2000 streuten die Systemkosten für installierte Anlagen zwischen 400 und 900 €/m² Kollektorfläche, im Mittel betrugen sie 673 €/m² (inkl. Planung und MwSt.). Auch aus dem Marktanreizprogramm (2001 – 2005) stehen Daten für eine Vielzahl von Anlagen unterschiedlicher Größen zur Verfügung (Abb. 12). Die hier ermittelten Kosten sind nicht direkt mit denen aus Solarthermie-2000 zu vergleichen, da nicht alle Systemkomponenten abgerechnet wurden. So entfielen z. B. häufig die Kosten für schon vorhandene Speicher. Die Ergebnisse demonstrieren aber, dass mit zunehmender Anlagengröße eine deutliche Kostendegression erreicht wird.

Für die jährlichen Wartungs- und Instandhaltungskosten sind im Mittel 1% bis 1,5% der Investitionskosten zu veranschlagen. Die Betriebskosten umfassen lediglich Strom für Pumpen und Steuerung. Die Pumpen laufen nur bei Sonneneinstrahlung, maximal 2000 h im Jahr.

Einer der wichtigsten Faktoren ist der solare Deckungsanteil. Mit zunehmender Kollektorfläche wird dieser Anteil am Wärmebedarf eines Gebäudes steigen und der absolute Betrag an solarer Nutzwärme zunehmen. Da aber ein hoher Deckungsanteil mit höheren Kollektortemperaturen und unter Umständen auch sommerlichen Überschüssen verbunden ist, verhält sich der Nutzungsgrad eines Systems gegenläufig und der spezifische Ertrag sinkt mit steigender Deckung. Während die spezifischen Kosten für den Quadratmeter Kollektor bei größeren Flächen abnehmen, steigen die Wärmekosten mit sinkenden Erträgen pro m².

Es ist also ein Optimierungsprozess, der entscheidend von den Zielvorgaben abhängt. Soll Solarwärme zu einem möglichst niedrigen Wärmepreis erzeugt werden, bei dann geringem Deckungsbeitrag, oder ist es das Ziel, mit dem Solarsystem eine möglichst große Brennstoffeinsparung zu erreichen, auch wenn dann die Kosten der Nutzwärme etwas höher liegen? Daher gibt es bei der Auslegung von Solarsystemen innerhalb eines weiten Spielraums kein "richtig" oder "falsch". Entscheidend ist, ob die Zielvorgaben im realen Betrieb erfüllt werden. Für den Entscheidungsprozess und die Optimierung empfehlen sich Simulationsrechnungen mit Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.

Das Nutzer-Investor–Dilemma:

In der Wohnungswirtschaft stellt das sogenannte „Nutzer-Investor-Dilemma“ eine große Hürde dar. Der Vermieter trägt die Investitionskosten für die Installation einer Solaranlage, kann diese aber nicht über die Heizkostenabrechnung auf die Mieter umlegen, denn dort kann er nur die Betriebskosten geltend machen. Die Mieter profitieren dagegen von eingesparten Energiekosten. Auch nach der novellierten Heizkostenverordnung kann weiterhin nur der Teil der nicht solar erzeugten Energiekosten auf die Betriebskosten angerechnet werden. Die Installation einer Solaranlage erscheint daher nur dann für den Investor interessant, wenn die Investitionskosten z. B. im Rahmen einer Modernisierung, die gleichzeitig zu einer Energieeinsparung führt, auf die Miete umgelegt werden kann.Durch den Betrieb der Solaranlage wird im konventionellen System Brennstoff eingespart, die Anlagen müssen aber weiter zur Verfügung stehen. Daher können als Nutzen nur die eingesparten Brennstoffkosten angesetzt werden. Durch die gestiegenen Öl- und Gaspreise hat sich die Wirtschaftlichkeit der Systeme enorm verbessert. Darüber hinaus dürfen auch andere Nutzeffekte nicht außer Acht gelassen werden. Dies sind der Imagegewinn eines Unternehmens, die bessere Vermietbarkeit eines Gebäudes, die reduzierten Nebenkosten, der Werbeeffektbei einer Ferienanlage etc. Bei der Kostenberechnung für die eingesparte End- oder Primärenergie sind folgende Punkte zu beachten:

• Instandhaltungskosten (Inspektions-, Wartungs- und Instandsetzungskosten)
• Betriebskosten (z. B. elektrische Hilfsenergie)
• Nutzungsgrad eines normal aufgebauten rein konventionellen Energieversorgungssystems (ohne Solaranlage)
• Nutzungsgrad des konventionellen Energieversorgungssystems nach Installation der Solaranlage
• Eventuelle Veränderungen im konventionellen System durch die Solaranlage (z. B. Wegfall einer Kompressionskältemaschine, die durch eine solarthermische Kälteanlage ersetzt wird)
• Umrechnung der von der Solaranlage nutzbar gelieferten Wärme in eingesparte Endenergie (oder Primärenergie).
  
  

Sonne versus Heizkessel

Entgegen dem ersten Anschein kann aus dem solaren Deckungsanteil, also dem Anteil der solaren Nutzwärme an der insgesamt benötigten Wärme, nicht exakt auf die Einsparung an Gas oder Öl zurückgeschlossen werden, denn die Solaranlage beeinflusst das Betriebsverhalten des konventionellen Kessels und kann seine Effizienz mindern:

• Durch die solare Vorerwärmung fließt das Wasser mit einer höheren Temperatur zum Kessel zurück. Dadurch wird bei einem heute üblichen Brennwertkessel die Brennwertnutzung reduziert und die Kesseleffizienz sinkt.
• Zusätzliche Effizienzverluste können bei Kesseln ohne eigenen Pufferspeicher auftreten: Liegt die Rücklauftemperatur in den Kessel durch die solare Vorerwärmung schon nahe der Vorlauf-Solltemperatur, so reicht für die Resterwärmung eine geringe Brennerleistung, für die der Brenner in der Regel nicht ausgelegt ist. Er beginnt wegen zu hoher Leistungsabgabe in kurzen Intervallen ein- und auszuschalten. Dieses „Takten" reduziert meistens die Kesseleffizienz. Eine Mindestbrenndauer vermindert die Brennerstarts, verursacht jedoch überhöhte Kesselvorlauftemperaturen und damit zusätzliche Verluste.
  
  

In ungünstigeren Systemen kann der Unterschied zwischen solarem Deckungsanteil am Wärmebedarf und dem Anteil an eingesparter Endenergie 20% ausmachen. Eine gemeinsame Regelung der Solaranlage und Heizkessel sowie die optimierte hydraulische Einbindung der Solaranlage in das konventionelle System minimiert solche Effizienzverluste des Kessels. Hierzu ist es notwendig, das Betriebsverhalten der Gesamtanlage, insbesondere unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens konventioneller Heizkessel zu optimieren. Im realen Betrieb ist zu erwarten, dass die auftretenden Nutzungsgrade der Heizkessel geringer sind als die für stationäre Betriebsbedingungen gemessenen Wirkungsgrade. Forschungsarbeiten zur Optimierung des Gesamtsystems müssen eine Maximierung der Primärenergieeinsparung – und nicht wie bisher der solaren Erträge – zum Ziel haben.