Die Solaranlage besteht

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1 2 Solaranlage konkret 2 Solaranlage konkret Die Solaranlage besteht aus einer Reihe von Teilen. Die einzelnen Komponenten werden im Folgenden beschrieben. Abb. 36 Solarkreisseite mit den Komponenten: 42 1 Kollektor 2 Solarspeicher 3 Solarstation mit 4 Schwerkraftbremse Vorlauf und Entlüftertopf 5 Schwerkraftbremse Rücklauf 6 Pumpe 7 Temperaturanzeigeinstrumente 8 Manometer 9 KFE-Hahn mit Anschluss zur Befüllung des Solarkreises 10 Sicherheitsventil mit Überlaufanschluss 11 Solarregler 12 Rücklauf zum Kollektor 13 Vorlauf vom Kollektor 14 KFE-Hahn mit Anschluss für die Befüllungspumpe (Spülung) 15 KFE-Hahn zum Entleeren des Solarkreislaufs und Anschluss für die Befüllungspumpe (Spülung) 16 Absperrventil, automatisch (Abschrauben des Ausgleichsbehälters ohne Entleeren des Solarkreises) 17 Ausgleichsbehälter 18 Auffanggefäß für die Flüssigkeit vom Überdruckventil 19 Wärmetauscher im Solarspeicher Temperaturfühler: F1 = Kollektor F2 = Speicher unten F3 = Solar-Vorlauf (warme Seite) F4 = Speicher oben (Nachheizanforderung)

2 2.1 Kollektor In den Anfangszeiten der Solaranlagenbauer wurden die Kollektoren noch selbst aus Kupferrohren und Blechen zusammengelötet und in Holzrahmen eingebaut. Dies wäre zwar immer noch möglich, doch lohnt es sich meist nicht mehr. Kollektoren sind inzwischen ausgereifte und preiswerte Serienprodukte. Es gibt unterschiedliche Systeme, von denen ich die zwei übergeordneten wie Flachkollektor und Röhrenkollektor beschreiben werde. Der Flachkollektor besteht aus einem Gehäuse, der Dämmung, dem Absorber und einer Glasabdeckung. Das Prinzip Die Sonnenstrahlung fällt durch das Glas, die kurzwellige Strahlung trifft auf den Absorber und wird in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt. Wichtig ist die Verwendung von speziellen Solargläsern, die möglichst wenig Sonnenstrahlung reflektieren und viel zum Absorber durchlassen. Das Glas und die Dämmung sollen außerdem dazu beitragen, dass möglichst wenig Wärme verloren geht. Im Inneren wird die Strahlung vom Absorber aufgenommen und an das Wärmeleitmedium (Wasser mit Frostschutzmittel) weitergeleitet. Die Beschichtung des Absorbers ist für einen guten Wirkungsgrad maßgebend. Für die Leistungsfähigkeit und den Wirkungsgrad des Kollektors sind weiterhin folgende Kriterien wichtig: Stabiler, verwindungsfreier und dichter Rahmen. Im Kollektor entstehender Wasserdampf muss austreten können, ansonsten beschlägt die transparente Abdeckung, was zu einem Minderertrag führen würde. Die Materialien und die Wärmedämmung müssen temperaturfest sein. Flachkollektoren können sich in Extremfällen (z. B. bei Stillstand) bis 200 C aufheizen. Die transparente Abdeckung muss hagelbeständig sein. 2.1 Kollektor 43 Abb. 37 Prinzip des Flachkollektors. Abb. 38 Typischer Flachkollektor (Fa. Sonnenkraft) in Aufdachmontage.

3 2 Solaranlage konkret Kollektor Röhrenkollektor Im Bereich der Warmwasserbereitung und ganz besonders bei der Heizungsunterstützung sind mit dem Röhrenkollektor ca. 20 % höhere Erträge als mit dem Flachkollektor bei vergleichbarer Fläche möglich. Da die Kosten wesentlich höher sind, ist im Einzelfall das Kosten- Nutzenverhältnis genau zu prüfen. Das Prinzip: Bei Vakuumröhrenkollektoren ist die Dämmung wie bei einer Thermoskanne als Vakuum ausgeführt. Um die innere Absorberröhre ist eine weitere äußere Glasröhre angeordnet. Im Zwischenraum herrscht ein Vakuum, um Wärmeübertragung von innen nach außen zu verhindern. Dadurch werden die Wärmeverluste im Vergleich zum Flachkollektor stark reduziert. Vakuumkollektoren haben durch die bessere Dämmung im Winter einen höheren Wirkungsgrad. Es gibt verschiedene Bauarten, z. B. mit außen liegendem oder innerem Reflektionsspiegel oder mit einer Heat-Pipe anstelle durchfließenden Wassers. Der Vakuumkollektor hat seine Stärken vor allem bei speziellen Anforderungen bezüglich der Gestaltung, Dachausrichtung und auch im Hochtemperaturbereich. Vakuumkollektoren können im Stillstand Temperaturen bis 300 C erreichen, dies ist bei der Wahl der Materialien wie z. B. den Rohranschlüssen, Dichtungen und der Solarflüssigkeit unbedingt zu beachten. Bei Brüstungskollektoren oder auch relativ flach angeordneten Kollektoren ist es möglich, durch Drehen des Reflektorspiegels die einzelne Röhre zur Sonne hin auszurichten (systemabhängig). Abb. 39 Röhrenkollektor integriert in eine Brüstung über der Garage.

4 2.2 Verschaltung der Kollektoren Bei den meisten Systemanbietern ist es möglich, die Kollektoren nebeneinander, übereinander (nicht aufeinander) sowie hochkant und quer auf der Dachfläche oder an der Fassade anzuordnen. Das verwendete Prinzip: Der heiße Ausgang des Einzelkollektors wird mit dem kühlen Eingang des nächsten Einzelkollektors verbunden (Reihenschaltung). Als Vorlauf wird die warme Seite des Kollektors bezeichnet, das ist die Seite, an der die durch den Kollektor erwärmte Solarflüssigkeit herauskommt. Dort ist auch der Thermo-Fühler zu installieren. Als Rücklauf wird die kühle Seite des Kollektors bezeichnet, das ist der Rohranschluss, der vom unteren Bereich des Solarspeichers die abgekühlte Solarflüssigkeit bekommt. Abb. 40 Reihenschaltung von (Register-)Kollektoren; R =Rücklauf, V =Vorlauf, F = Thermo-Fühler.(2) 2.2 Verschaltung der Kollektoren Mein Tipp Aus Gründen der Wärmeausdehnung sollten nicht mehr als sechs Einzelkollektoren (systembedingt) in einer Reihe (in Serie) verbunden werden. Für den Fall, dass dies unvermeidbar ist, so ist z. B. nach dem sechsten Kollektor eine flexible Verbindung mit einem Dehnungsbogen einzubauen. Abb. 41 Verschaltung, Beispiele. (a) nebeneinander; (b) übereinander. Quelle (2) 45

5 2 Solaranlage konkret 2.3 Speicher und Wärmetauscher Die vom Kollektor eingefangene Wärmeenergie soll gespeichert werden, damit, auch wenn die Sonne zwischendurch nicht scheint, über mehrere Tage warmes Wasser zur Verfügung steht. Um die Wärmeverluste möglichst gering zu halten, sind aufwändige Dämmungen um die Speicherwandung angebracht. Für eine günstige Temperaturschichtung (oben heißes, unten kühles Wasser) ist die Speicherform meist hoch und schlank. Es gibt auch Solarsysteme (z. B. von Paradigma), die ohne Solarspeicher auskommen. 46 Brauchwasserspeicher Das sind Solarspeicher mit einem Fassungsvermögen von Litern. Dabei handelt es sich meist um bivalente Brauchwasserspeicher, die mit zwei bzw. drei Wärmetauschern ausgestattet sind. Am unteren Wärmetauscher wird der Solarkreislauf angeschlossen, am oberen Wärmetauscher die Nachheizung. Am dritten Wärmetauscher, sofern vorhanden, kann eine weitere Nachheizmöglichkeit, wie z. B. durch den Kachelofen, angeschlossen werden. Die Speicher sind für den Korrosionsschutz z. B. auf der Innenseite Abb. 42 Aquapaket CPC, Solaranlage ohne zusätzlichen Speicher, Funktionsschema. Quelle (7) Abb. 43 Aquapaket, Komponenten. Quelle (7)

6 2.3 Speicher und Wärmetauscher liert und haben zusätzlich eine Magnesiumanode, deren Funktion regelmäßig mittels Prüftaste oder Spannungsmesser kontrolliert werden kann. Die Magnesiumsonde bewirkt dadurch, dass das edlere Metall an das unedlere des Speichers wandert, dass die Schadstellen an der leschicht quasi von selbst repariert werden. Aufgrund einer hohen, schlanken Form ergibt sich eine gute Schichtung der Wärme im Speicher, d. h. das warme Wasser sammelt sich weiter oben, das kalte bleibt unten. Ein strömungsberuhigter Kaltwasser- und Warmwasseranschluss verhindert eine Verwirbelung und damit die Zerstörung der Warm-Kalt-Schichten im Speicher. Eine gute Dämmung um den Speicher, seitlich, oben und unten hilft, die eingelagerte Wärme möglichst lange zu bewahren. Meist besteht die Speicherdämmungen (systembedingt) aus zwei Hartschalen-Hälften, die zum Transport und zum Durchschieben durch die enge Kellertüre vom Kernspeicher abgenommen und später wieder montiert werden können. Speicher für Warmwasser und Heizung Um die Solarwärme nicht nur für die Warmwasserbereitung zu nutzen, sondern auch für die Raumheizung, werden in Ein- und Zweifamilienhäusern oft Kombispeicher eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen äußeren Pufferspeicher, der einen zweiten, inneren Speicher als Tank im Tank-System beinhaltet. Der innere Speicher sollte aus Edelstahl sein, da die Wärmeübertragung vom außen liegendem Heizungswasser zum innen liegendem Trinkwasser bedeutend besser ist als bei liertem Stahl. Diese Arten von Speicher haben einen besseren Wirkungsgrad als reine Brauchwasserspeicher, das direkt nutzbare Volumen an Warmwasser ist dafür aber geringer (systembedingt). Je nach Wärmebedarf für die Heizung sowie der angeschlossenen Kollektorfläche kommen Kombispeicher mit bis zu Litern zum Einsatz. Für den äußeren Heizungs- Pufferspeicher sind keine weiteren Korrosionsschutzmaßnahmen erforderlich. Der innere Trinkwasserspeicher ist aus Edelstahl. Bei Bedarf kann dieser in Abhängigkeit des Trinkwassers (beim Wasserversorger erfragen) mit einer Fremdstromanode zum dauerhaften Korrosionsschutz ausgestattet werden. Der innere Trinkwasserbehälter kann, je nach Volumen, von oben bis (fast) zum Speicherboden reichen. Bezüglich der Form und der Dämmung gilt gleiches wie beim Brauchwasserspeicher. Speicher mit Plattenwärmetauscher Die Wärme des im Speicher vorhandenen Warmwassers (Speichermedium) wird über den Plattenwärmetauscher an das zu erwärmende Brauchwasser übertragen. Das Warmwasser aus dem Speicher und das zu erwärmende Trinkwasser haben keinen direkten Kontakt zu einander. Der Plattenwärmetauscher besteht, wie der Name schon andeutet, aus dünnen, oft profilierten Platten, meist aus Edelstahl. Diese sind mit einem Zwischenraum so angeordnet, dass abwechselnd das Wasser vom Speicher (Speichermedium) und das Brauchwasser in gegensätzlicher Richtung hindurchfließen. Das ganze Gebilde ist zur Wärmedämmung in z. B. PUR- Hartschaumschalen gepackt. Für den Gegenstrom des Speichermediums braucht es eine zusätzliche Pumpe, die von der Elektronik immer dann eingeschaltet wird, wenn weiteres Warmwasser gebraucht wird. Großer Vorteil dieses Systems: Der Warmwasserkreislauf geht nicht durch den ganzen Speicher. Einige Fachleute meinen, dass damit das Legionellenproblem am besten zu beheben sei. (Legionel- 2.3 Speicher und Wärmetauscher 47