Klein, kompakt und multifunktionell: Die technischen Trends bei Solarstationen Dr. Jens-Peter Meyer Die Solarstation vereinigt auf engstem Raum alle wichtigen Armaturen einer Solaranlage. Klein und kompakt ist Trumpf. In Zukunft eröffnet eine neue Generation von Stationen mit verbesserten Sensoren neue Möglichkeiten der Anlagenüberwachung. Stark im Kommen sind solare Trennsysteme, die den Solarspeicher über einen Plattenwärmetauscher beladen besonders bei großen Solaranlagen. Kleine Solaranlagen, die warmes Brauchwasser und Heizenergie für Einfamilienhäuser bereiten, sind heute weitgehend standardisiert. Die Hersteller der Solarsysteme bieten abgestimmte Paketlösungen an, die alle nötigen Komponenten enthalten. Eine zentrale Komponente ist dabei die Solarstation, auch Pumpengruppe genannt. Dabei greifen die Solarsystemanbieter auf Solarstationen zurück, die überwiegend traditionelle Heizungsarmaturenhersteller produzieren. Daneben haben seit einigen Jahren aber auch viele Solarreglerhersteller eigene Stationen im Produktspektrum. Tabelle 1-3 gibt einen Überblick über die Produkte auf dem Markt. In der Pumpengruppe sind alle wichtigen Armaturen zusammengefasst: Das Sicherheitsventil, die Spül- und Befüllhähne, der Anschluss für das Ausdehnungsgefäß, die Thermometer für Vor- und Rücklauf, ein Manometer und ein Durchflussanzeiger, der Entlüfter und die Solarkreispumpe. In den vergangenen Jahren haben die Solaranbieter ihre Systeme vereinfacht, Komponenten reduziert und so den Montageaufwand minimiert. Mittlerweile enthalten mehr als die Hälfte der verkauften Solarstationen bereits den vormontierten Solarregler. Und bei vielen Systemen wird die Pumpengruppe direkt am Solarspeicher montiert. Pumpengruppe und Solarregelung verschmelzen zu einer Einheit Eine besondere Form des kompakten Aufbaus hat der Schweizer Reglerhersteller TEM (Chur) auf der diesjährigen ISH vorgestellt. Hier ist der Regler direkt auf einer Solarpumpe des Schweizer Herstellers Biral (Münsingen) angebracht und zu einer Einheit verschmolzen. Bei den meisten Solarstationsproduzenten machen diese integrierten Stationen inzwischen mehr als die Hälfte der verkauften Einheiten aus. Besonders hoch ist der Anteil bei den Reglerherstellern, die eigene Solarstationen anbieten. TEM etwa führt nur Stationen mit integriertem Regler und auch bei Resol (Hattingen), Steca (Memmingen) und Sorel (Sprockhövel) sind meist die jeweils selbst produzierten Steuerungen mit dabei. Bei den reinen Armaturenproduzenten ist der Anteil der Stationen mit eingebautem Regler geringer. Dass Pumpengruppe und Regler Tabelle 1: Übersicht Solarstationen (Auswahl). Hersteller: Meibes F.W. Oventrop GmbH & PAW GmbH & Co. KG PAW GmbH & Co. KG Co. KG Station: Solaventec Regusol Flowcon C+ Sencon digital Max. Betriebsdruck: 6 bar 10 bar 6 bar 6 bar Max. Betriebstemperatur: 130 C 160 C 160 C 120 C Entlüfter: optional optional ja ja Pumpe: Wilo ST Wilo ST oder Grundfos UPS Wilo ST oder Grundfos UPS Wilo ST, Wilo Stratos oder Grundfos UPS Regler: optional Resol, Prozeda oder andere Resol Deltasol BS Resol Deltasol C1 Internet: www.meibes.de www.oventrop.de www.paw.eu www.paw.eu 42 IKZ-Haustechnik Heft 22 /2007
immer mehr zu einer zusammengehörenden Komponente werden, war sicher ein Grund mit für den Armaturenspezialisten Watts aus Landau, ebenfalls eigene Solarregler anzubieten, die mit der neuen Baureihe 8000 verfügbar sind. Der Trend geht zur Solarpumpe Wurden früher häufig herkömmliche und kostengünstige Heizungspumpen in Solarstationen eingesetzt, so setzen sich mittlerweile spezielle Solarpumpen durch. Das ist ein Trend, den wir klar erkennen können, sagt Udo Link, Produktmanager Solar bei Watts. Solarpumpen, wie sie etwa von Grundfos (Erkrath) oder Wilo (Dortmund) hergestellt werden, sind von der Leistung her an die Solaranlage angepasst und für höhere Betriebstemperaturen optimiert. Eine Reihe von Anbietern setzt heute ausschließlich Solarpumpen ein, bei anderen macht der Anteil der Heizungspumpen noch etwa 30 % aus. Der Durchschnittswert abgesetzter Heizungspumpen beträgt nur noch rund 12 %. Seit einigen Jahren gibt es im Heizungsbereich Hocheffizienzpumpen, die mit einem Permanentmagneten ausgestattet sind und verglichen mit konventionellen Standard-Pumpen nur einen Bruchteil an elektrischer Energie benötigen. Wilo und Grundfos bieten für den Solarbereich solche Hocheffizienzpumpen an. Der Pumpenhersteller Laing (Remseck) hat eine Gleichstrompumpe für solare Anwendungen auf den Markt gebracht, die ebenfalls mit einem Permanentmagneten ausgestattet ist und über PV-Module versorgt werden kann. Taconova (Singen) setzt diese Pumpe in seiner Tacosol Edition EU 21 ein. Das ist eine spezielle Station für solarautarke Systeme. Anstelle des Netzstromes versorgen hier Dünnschicht-Photovoltaik-Module die Pumpe. Erst wenn die Sonne genug Energie liefert, um 2 W zu generieren, startet die Pumpe mit niedriger Drehzahl. Mit steigender Einstrahlung passt sich die Drehzahl automatisch an. Eine Temperaturdifferenzregelung mit einem Solarregler ist nicht nötig. Ein weiterer Trend geht zur 2-Strang-Solarstation. Mehr als 80 % der Pumpengruppen auf dem Markt enthalten mit Vor- und Rücklauf beide Stränge. TEM und Steca bieten zum Beispiel ausschließlich 2-Strang-Systeme an. Ein Vorteil: Während bei der 1-Strang-Station eine weitere Schwerkraftbremse installiert werden muss, sind in der 2-Strang-Station bereits beide Schwerkraftbremsen enthalten. Setzten vor einigen Jahren die Hersteller noch Kunststoffschwerkraftbremsen ein, so ist Messing mittlerweile das bevorzugte Material. Meibes (Gerichshain) löst das Problem der Unterdrückung der Schwerkraftzirkulation in der
Tabelle 2: Übersicht Solarstationen (Auswahl). Hersteller: Resol GmbH Steca GmbH Taconova GmbH TEM AG Station: Flowcon digital TPS 20 Tacosol SS 5910 Max. Betriebsdruck: 6 bar 6 bar 8 bar 6 bar Max. Betriebstemperatur: 160 C 120 C 160 C 160 C Entlüfter: optional optional ja optional Pumpe: k. A. Wilo ST Wilo ST Biral MXS 13-1 Regler: Resol Deltasol D Steca TR 0301 optional TEM ES 5910P Internet: www.resol.de www.stecasolar.com www.taconova.de www.tem.ch Solaventec mittels spezieller Ventiltechnik. Immer kleiner, immer kompakter Auch an den Armaturen selbst wird optimiert: Eine Reihe von Herstellern gibt an, dass sie die Pumpengruppen kleiner und kompakter gemacht haben. So Tabelle 3: Übersicht Solarstationen (Auswahl). Hersteller: Gebr. Tuxhorn GmbH & Co. KG Watts Industries Deutschland GmbH Station: Tubra PGS Flowbox Solar Max. Betriebsdruck: 6 bar 10 bar Max. Betriebstemperatur: 140 C 160 C Entlüfter: ja ja Pumpe: Wilo ST nach Kundenwunsch Regler: optional Watts Industries Internet: www.tuxhorn.de www.wattsindustries.com hat Watts bei seiner Baureihe Flow Box Solar 8000 mit einer Breite von 250 mm die Bauhöhe auf 308 mm reduziert. Tuxhorn (Bielefeld) hat bei der Tubra-PGS ebenfalls die Bauhöhe verringert. Mittlerweile ist es Standard, dass in einem Bauteil mehrere Funktionen verborgen sind. G & M Systemtechnik (Landstuhl) hat den Durchflussmesser mit den Spül- und Befüllhähnen zu einer Komponente verschmolzen. Standard ist es, die Schwerkraftbremsen in die Bauteile mit den Temperatursensoren zu integrieren. Angesichts stark ansteigender Rohstoffpreise, auch für Messing, geht es darum, Material einzusparen und Kosten zu senken oder immerhin zu halten. Design trifft Technik Quadratisch, praktisch, gut ist längst nicht mehr das Motto der äußeren Gestaltung der Stationen. Stattdessen werden die Armaturen in immer schickere Designergehäuse verpackt. Mit unterschiedlichem Design des Gehäuses hebt sich beispielsweise Resol von den ansonsten im Wesentlichen baugleichen Pumpengruppen seines Zulieferers PAW (Hameln) ab. Auch Steca hat mit seiner seit einem Jahr auf dem Markt befindlichen Solarstation eine besondere Designisolierung gewählt. Doch auch beim Aufbau der Komponenten im Inneren unterscheidet sich das Unternehmen von anderen Anbietern. Die Druckanzeige, die sonst außen neben den Temperaturanzeigen angebracht ist, hat Steca ins Innere geholt. Das bedingt den charakteristischen Aufbau mit den versetzten Temperaturanzeigen. Als weitere Besonderheit nennt Stefan Oswald, Vertriebsleiter Solarthermie, die neue Durchflussanzeige aus Borosilikatglas. Ein unverwechselbares Design in Anlehnung seines Reglergehäusedesigns hat sich Resol für die anlässlich der ISH in Frankfurt vorgestellte Station Flowcon digital ausgesucht. Der Isolationskorpus geht in den Regler über und verschmilzt so auch optisch zu einer Steuerungseinheit nicht zuletzt, weil Resol die sonst den Korpus unterbrechenden Temperaturanzeigen unter der Hülle verschwinden 44 IKZ-Haustechnik Heft 22 /2007
lässt und im Betrieb das Display des Reglers als Temperaturanzeige nutzt. Doch das wirklich Neue steckt nicht im Äußeren. Die Pumpengruppe wird mit Sensoren ausgestattet, die der Pumpenhersteller Grundfos entwickelt hat. Ein Sensor misst Druck und Temperatur und ein zweiter Durchfluss und Temperatur. Die Sensoren enthalten einen Silizium-Chip, der direkt in das Medium eingetaucht wird. Der Drucksensor nutzt das Piezo-Prinzip. Für die parallele Temperaturmessung ist auf dem Chip eine Wheatstonebrücke integriert, die den Widerstand in Abhängigkeit der Temperatur bestimmt. Der Volumenstromsensor bestimmt den Durchfluss über Druckimpulse an einem Störkörper. Auch er kann parallel die Temperatur bestimmen. Innovative Messtechnik ermöglicht effiziente anlagenüberwachung Diese Kombination aus Druck und Temperaturmessung ermöglicht völlig neuartige Anlagenüberwachungen wie das Erkennen von Dampfschlägen und Stagnationszuständen. Der Resol-Regler kommuniziert digital und damit überaus schnell über den V-Bus mit den Sensoren. Am V-Bus kann Resol Dutzende von den Grundfos-Sensoren abfragen, sodass sich in Zukunft auch für Großanlagen neue Anwendungen ergeben sollten. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Volumenstrom nicht mehr über einen künstlichen Widerstand mechanisch eingestellt werden, sondern direkt geregelt werden kann. Außerdem verfügt das System durch den Volumenstromsensor über eine präzise Wärmemengenberechnung. Ende Juni dieses Jahres hat PAW auf der Intersolar in Freiburg mit der Sencon digital ebenfalls eine Pumpengruppe mit den neuen Sensoren
Tabelle 4: Übersicht solare Trennsysteme (Auswahl) Hersteller: Ewers Heizungstechnik GmbH Kamo Frischwassersysteme GmbH F.W. Oventrop GmbH & Co. KG PAW GmbH & Co. KG Trennsystem: SOI 32/32-ZDU Kamo Solar X Regusol X 25 Solex HF Übertragbare 128 kw 25-30 kw 25 kw 25 kw Wärmeleistung: Kollektorfläche: 256 m 2 25-30 m 2 50 m 2 50 m 2 Max. Durchfluss primär: 3,8 m 3 /h 1,35 m 3 /h 2,4 m 3 /h 1 m 3 /h Max. Durchfluss sekundär: 3,6 m 3 /h 1,35 m 3 /h 3,6 m 3 /h 1 m 3 /h Max. Betriebsdruck: 10 bar 10 bar 10 bar 6 bar Max. Betriebstemperatur: 130 C 130 C 120 C 120 C Pumpe: Grundfos UPS Grundfos UPS Grundfos UPS Wilo ST/ Wilo RS Regler: nein ja Oventrop Regtronic PX Resol Deltasol E optional Internet: www.ewers.de www.kamo.de www.oventrop.de www.paw.eu vorgestellt. Inwieweit sich diese Generation von Solarstationen am Markt durchsetzen wird, muss man abwarten. Interessant sind sie allemal. Das zeigt allein, dass auch Watts und Steca bereits intensiv am Einsatz der neuen Sensoren arbeiten. Solare Trennsysteme sind im Kommen Neben den Solarstationen gewinnen Übergabestationen auch solare Trennsysteme genannt an Gewicht (Tabelle 4). Der Solarsystemanbieter Sonnenkraft aus Regensburg setzt beispielsweise bei seinen heizungsunterstützenden Solaranlagen solche Pumpengruppen ein. Der Unterschied: Während die klassische Solarstation für die Beladung des Speichers über einen Solarwärmetauscher im Inneren ausgelegt ist, speisen Übergabestationen die Sonnenwärme über einen externen Plattenwärmetauscher in den Pufferspeicher ein. Heiner Metzler, Geschäftsführer G & M Systemtechnik, sieht den Einsatz solcher Stationen in erster Linie bei der Nachrüstung von Solaranlagen in Heizanlagen, die über einen Speicher verfügen, der keinen Solarwärmetauscher enthält. Die bessere Einbindung in bestehende Anlagen ist ein Vorteil, bestätigt Ingolf Gries, Verkauf Industrie bei Oventrop (Olsberg). Dagegen sieht Gerald Neuse, Leiter Technik bei Resol, das Einsatzgebiet hauptsächlich bei neuen Speichern. Denn: Jeder einfache Pufferspeicher lässt sich mit einem Trennsystem zum Schichtspeicher umfunktionieren. Darüber hinaus weisen die Trennsysteme weitere Vorteile auf: Über Ventile ist die Übergabestation in der Lage, je nach Temperaturniveau die Wärme in den unteren oder den oberen Pufferbereich einzuschichten. Zwei Temperaturniveaus zum Einspeisen sind Standard. Bei Oventrop ist dieses Schichtlademodul, das auch zum Beladen von zwei Speichern genutzt werden kann, optional. Ewers (Holte-Stukenbrock) hat eine Übergabestation komplett mit Speicher und Trinkwasserstation im Sortiment. Unser neuer Universal-Pufferschichtenspeicher, mit dem mehrere Energiequellen intelligent verschaltet werden können, bietet sich für Neuanlagen an, so Geschäftsführer Josef Ewers. Vorteil ist, dass der Speicher von der Druckstufe her leichter ausgelegt werden (z. B. 3 bar) und mit Heizungswasser gefüllt werden kann. Außerdem haben Plattenwärmetauscher gegenüber Heizschlangen deutlich bessere Wärmeübertragungseigenschaften. Es gibt zwei Volumenströme, und somit ist der Wärmeübergang besser, begründet Gerald Neuse diesen Effekt. Carsten Wölk, Verkaufsleitung bei Kamo, Ehingen, nennt noch weitere Vorteile der externen Beladung: Die Anpassung der Leistungsgrößen durch Auswahl des Plattenwärmetauschers ist einfach und die Einbindung von beliebigen Wärmeabnehmern Speicher, Puffer, Schwimmbecken, Prozesswärme möglich. Wie bei der klassischen Solarstation kann auch beim Trennsystem ein konstanter Volumenstrom über die Drehzahlmesser eingestellt werden. Optimal ist der Wärmeübergang, wenn beide Volumenströme annähernd gleich sind. Häufig wird das mit drehzahlgeregelten Pumpen erreicht. Mit unseren Reglern können Primär- und Sekundärpumpe drehzahlgeregelt betrieben werden. Diese Betriebsweise setzt aber einen genauen hydraulischen Abgleich der Anlage voraus, so TEM-Geschäftsführer Hans Saba. Der Vorteil läge hier in der Effizienzsteigerung. Bei der Solar X von Kamo werden grundsätzlich beide Pumpen drehzahlgeregelt. Unsere Regelung kann wahlweise oder in Kombination Zieltemperatur oder Temperaturdifferenz regeln. Die Station belädt den Speicher zu jedem Zeitpunkt mit dem günstigsten Verhältnis zwi- 46 IKZ-Haustechnik Heft 22 /2007
PAW GmbH & Co. KG Resol GmbH Gebr. Tuxhorn GmbH & Co. KG Solex GR Solex Tubra Üsta-mat 130 kw bis 25 kw 20 kw 250 m 2 bis 50 m 2 30 m 2 3,75 m 3 /h 1 m 3 /h 0,77 m 3 /h 3,75 m 3 /h 1 m 3 /h 0,7 m 3 /h 6 bar 10 bar 6 bar 120 C 160 C 140 C Wilo Stratos / Wilo Top-S Wilo ST Wilo ST / Wilo RS Resol Deltasol M Resol Deltasol E nein www.paw.eu www.resol.de www.tuxhorn.de schen Solarertrag, Nutztemperatur und dem optimalen Arbeitspunkt der Pumpen bei geringst möglichem Hilfsenergieeinsatz, erklärt Carsten Wölk. Die Station Solar X braucht außerdem keine Volumenstromregler und die Wärmemengenzählung ist mit implementiert. Aber natürlich gibt es nicht nur Vorteile: Zusätzliche Umschaltventile für die Schichtung, ein zweites Sicherheitsventil und die zweite Pumpe kosten zusätzliches Geld. Trennsysteme bei Großanlagen Pflicht Hans Saba sieht die Hauptanwendung von Trennsystemen bei großen Anlagen: Großanlagen sind oft nicht anders realisierbar, da die notwendigen Übertragungsflächen nicht in den Energiespeicher integriert werden können. Die externen Plattenwärmetauscher bieten hingegen die Möglichkeit, die Übertragungsflächen richtig zu dimensionieren und bringen ein besseres Übertragungsverhalten. Einen weiteren Trend hat Saba festgestellt: Immer häufiger werden in Großanlagen bestehende Öltanks zu drucklosen Energiespeichern umfunktioniert oder es wird mit Erdspeichern gearbeitet. Die Beladung funktioniert dann immer über externe Plattenwärmetauscher. Trennsysteme mit Übertragungsleistungen von 15 bis 30 kw bieten Ewers, Kamo, Oventrop, Resol, Tuxhorn und PAW an. Kollektorfelder zwischen 30 und 60 m² Größe können damit an den Speicher angeschlossen werden. Für Kollektorfelder von mehr als 100 m² haben Meibes und Ewers Lösungen. Auch PAW bietet sein Trennsystem Solex mit bis zu 250 m² an. Dass Großanlagen im Mehrhausbereich aus ihrem Schattendasein in naher Zukunft heraustreten könnten, erwarten wohl auch die anderen Hersteller. Tuxhorn will noch in diesem Jahr ein Trennsystem für Großanlagen verstellen und bei Kamo will man in 2008 lieferfähig sein. Heft 22 /2007 IKZ-Haustechnik 47