Thermische Solaranlagen

Schon mancher unausgebildeter Allroundhandwerker hat sich hier im wahrsten Sinne des Wortes die Finger verbrannt, oder über 100°C heißes Wärmeträgermedium ist ihm aus einer undichten Verbindung ins Gesicht gespritzt und hat seine Gesichtshaut verbrüht. Da die Arbeiten an einer Solaranlage zusätzlich noch auf meist steilen Dächern stattfindet , erhöht sich die Unfall- und Lebensgefahr. Wer hier ohne Sicherheitsausrüstung arbeitet riskiert seine Gesundheit und sein Leben.

Immer wieder kann man an Wochenenden beobachten, dass Heimwerker ohne die von der Berufsgenossenschaft vorgeschriebene Sicherheitsausrüstung auf Dächern arbeiten. Da diese Sicherheitsausrüstung und geeignete Dachleitern viel Geld kosten, lohnt sich natürlich die Anschaffung nicht, um eben einmal eine Solaranlage auf dem Dach zu montieren.

Die Montage von Photovoltaik- und thermischen Solaranlagen ist auf Asbestzementdächern verboten. Das gilt auch für den privaten Bereich. Die Solaranlage benötigt einige Befestigungspunkte. Dazu müssen die Asbestzementplatten durchgebohrt werden. Hierbei kann die Freisetzung krebserzeugender Asbestfasern nicht ausgeschlossen werden. Auf herkömmlichen Dächern gibt es normalerweise keine Schwierigkeiten. Es muss jedoch gewährleistet sein, das die Dächer nicht zu alt, verwittert oder brüchig sind. Aufgrund der eingeschränkten Tragfähigkeit besteht eine erhöhte Unfallgefahr.

Ferner müssen die Hochtemperaturleitungen hart gelötet werden, was wieder besondere Fachkenntnisse und Arbeitsmittel erfordert. Bei der Inbetriebnahme der Solaranlage muss das Ausdehnungsgefäß auf den richtigen Vordruck justiert, und die Anlage fachmännisch entlüftet werden. Nach dem Befüllen der Solaranlage mit dem Wärmeträgermedium ist sicherzustellen, dass eine Wärmeabnahme im System unverzüglich stattfindet. Das Wärmeträgermedium kann Schaden nehmen, wenn es über einen längeren Zeitraum hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Wenn hier schlampig gearbeitet wird, ist die Funktion der gesamten Anlage nicht gewährleistet, und man wundert sich darüber, dass die Solaranlage wenig Ertrag bringt.

Bei einem ganzjährigen Betrieb der Solaranlage muss man auf Frostschutz achten. Deshalb wird zum Betrieb ein Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser genommen. Bei diesem glykolhaltigen Gemisch treten im Vergleich zu purem Wasser veränderte Werte auf, die die Leistung einer Solaranlage um 20% verringern können. Am besten man verwendet ein Wärmeträgermedium, welches vom Hersteller empfohlen wird.

Solarkraftwerk, Solaranlage und Photovoltaik

Übers Jahr gesehen kann man jedoch hohe Energieanteile, insbesondere bei Erzeugung von Trinkwarmwasser, mit der Solaranlage erzielen. Schliesslich muss auch im Sommer Trinkwarmwasser aufbereitet werden. Mit zunehmender Dämmung der Häuser sinkt der Heizenergiebedarf. Der Verbrauch von Trinkwarmwasser kann jedoch als gleichbleibend angenommen werden.

Durch steigene Energiepreise und Umweltbewußtsein wird die Installation einer thermischen Solaranlage zur Aufbereitung von Trinkwarmwasser zunehmend von der Bevölkerung akzeptiert.

Thermische Solar-Flachkollektoren auf dem Dach

Die Photovoltaikanlage erzeugen mit der s.g. Solarzelle elektrischen Strom. Insbesonders bei Sportbooten sind sie für die Batterieladung unerlässlich. Bei klaren Himmel im Sommer kann man mit einer Solarzelle einen kleinen Kühlschrank betreiben und die Batterien nachladen. Immermehr sieht man auf Hausdächern große Photovoltaikanlagen zur Erzeugung von elektrischen Strom, der in das öffentliche Stromversorgungsnetz eingespeist wird. Die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen ist jedoch vom Abnahmepreis der Versorgungsnetzbetreiber abhängig, und ist zur Zeit politisch festgelegt. Die Einspeisevergütung liegt wesentlich höher, als der Verbraucher selber bezahlt. In der Bevölkerung wird immer noch die Photovoltaikanlage und die thermische Solaranlage durcheinander gebracht, wahrscheinlich wegen des gemeinsamen Überbegriffes Solaranlage.

Daneben gibt es in südlichen Ländern, wo die Sonne viel scheint, thermische Solarkraftwerke. In ihnen werden Sonnenstrahlen gebündelt und aus den damit erzielten hohen Temperaturen wird in Wärmekraftwerken elektrischer Strom erzeugt.

Schon der französische Chemiker A.L. Lavoisier baute 1776 einen Sonnenofen aus einer justierbaren Sammellinsenanlage. Der Brennspiegel hatte 30cm Durchmesser und bei einer Brennweite von 320cm erreichte er im Brennpunkt eine Temperatur von 1800° Celsius. Weitere Versuche folgten, und bereits Mitte des neunzehnten Jahrhunderts konnten französische Forscher mit Hilfe von Hohlspiegeln durch Nutzung von Sonnenenergie eine Dampfmaschine betreiben.

Sonnenkollektor, Flachkollektor und Röhrenkollektor

Ein Röhrenkollektor wird montiert

Auch bei den Vakuumröhrenkollektor / Vakuumröhrenkollektoren gibt es unterschiedliche Bauarten. Bei dem Wärmerohrprinzip (Heat-Pipe) verdampft eine spezielle Wärmeflüssigkeit und wird in einem Wärmetauscher wieder kondensiert. Wird eine der Vakuumröhren schadhaft, kann sie leicht ausgetauscht werden. Bei den flüssigkeitsdurchströmten Vakuumröhrenkollektoren muss im Schadensfall das Wärmeträgermedium abgelassen werden. Jedoch wird durch den direkten Wärmeübergang eine höhere Leistung erreicht als beim Wärmerohrprinzip, wo Verluste am Wärmetauscher auftreten.

Daneben gibt es noch Vakuumröhren die nach dem Sydneyprinzip (CPC-Kollektoren) oder dem Schott-Prinzip arbeiten. Der CPC Sonnenkollektor ist etwas kostengünstiger, der Wirkungsgrad ist gegenüber üblichen Vakuumröhren etwas niedriger.

Bei Speicherkollektoren sind Sonnenkollektor und Trinkwasserspeicher in einem Gehäuse mit ca. 120 Liter Wasserinhalt untergebracht. Wegen der höheren Frostgefahr in Nord- & Mitteleuropa sind sie eher in südlichen Ländern anzutreffen.anzutreffen. Der Speicherkollektor wird wie ein Durchlauferhitzer in die Warmwasserleitung eingesetzt. Wegen seines guten Preis-Leistungsverhältnisses stellt er eine interessante Alternative zu anderen Bauarten da.

Man kann jedoch einen Sonnenkollektor ganz einfach und preiswert bauen, indem man zur Erwärmung von Schwimmbadwasser einfache Rohrschleifen aus schwarzem Kunststoff zum Beispiel auf Flachdächern verlegt. Ferner werden in südlichen Ländern s.g. Solarduschen in Freibädern oder am Strand verwendet. Im Winter muss man das komplette Wasser wegen Frostgefahr aus den Kunststoffrohren und Behältern abgelassen. Es ist immer wieder interessant zu beobachten, wie man mit einfachen und kostengünstigen Maßnahmen erstaunliche Resultate erreicht, um den Lebensstandart zu erhöhen.

Solarwärmespeicher

Als Solarwärmespeicher ist der normale Pufferspeicher nicht geeignet, weil dem Sonnenkollektor möglichst kaltes Wasser zugeführt werden muss. Daher wird der Wärmetauscher, der die Solarenergie einbringt, im unteren Teil des Speichers gebaut. Das im unteren Teil erwärmte Wasser steigt nach oben und vermischt sich sofort mit dem umgebenen kälteren Wasser. Der Pufferspeicher erwärmt sich schnell auf ein einheitliches Temperaturniveau, welches aber nicht ausreicht, das Trinkwasser auf akzeptabele Temperaturen zu erwärmen.

Für einen gut funktionierenden Solarwärmespeicher benötigen wir einen Schichtenspeicher, bei dem eine Vermischung des Wassers vermieden wird. Die Schichtenbildung erreicht man durch ein im Speicher eingebautes Auftriebsrohr, auch Thermosiphon genannt, vorrausgesetzt ein Wärmetauscher ist im unteren Teil des Schichtenspeichers eingebaut. Bei dieser Art von Solarwärmespeicher liefert der Sonnenkollektor Wärme in das niedrige Temperaturniveau des Schichtenspeichers. Das wirkt sich günstig auf den Wirkungsgrad der Solaranlage aus. Im oberen Teil erfolgt die Wärmeabnahme von Trinkwarmwasser oder Heizwasser, da warmes Wasser leichter ist als kaltes. Hochwertige Solarwärmespeicher haben im oberen Teil eine hygienische Trinkwarmwasseraufbereitung nach dem Durchlauferhitzerprinzip. Dadurch werden evt. Probleme mit Legionellen vermieden. Ansonsten sollte der Speicher einmal am Tag auf mindestens 60°C erhitzt werden. Gute Solarwärmespeicher erkennt man daran, dass bei der Trinkwarmwasserentnahme und der Beladung des Speichers die gebildeten Wärmeschichtungen durch Verwirbelung nicht zerstört werden. Daher werden im Speicher Prallplatten eingebaut, neue Systeme wie der Thermosiphon optimieren die Schichtenbildung. Der Thermosiphon leitet das solar erwärmte Wasser in passende Temperaturschichtungen. Reicht die Beladung des Speichers durch Solarenergie nicht aus, muss mit einem zweiten konventionellen Wärmeerzeuger nachgeheizt werden.

Neben den Kurzzeitspeichern gibt es für mittlere Wohnanlagen (z.B. Wohnparks) Langzeitspeicher. Durch große Kollektoranlagen wird Wärme in einem großen zentralen Solarwärmespeicher über Monate hinweg, möglichst ohne Verluste gespeichert. Die gespeicherte Wärme wird über Leitungen im Winter an die einzelnen Häuser weitergegeben. Je nach Bauart der Anlage kann der Energiebedarf für Heizung und Warmwasser bis zu 70% abgesenkt werden.

Solarkreissystem

Ferner schaltet ein Temperaturfühler die Elektronik der Umwälzpumpe. Bei einer einstellbaren Temperaturdifferenz von z.B. 7 Kelvin soll die Umwälzpumpe anlaufen. Ein weiterer Temperaturfühler befindet sich im Sonnenkollektor. Die Drehzahl der Umwälzpumpe wird von der Elektronik geregelt.

Im Vor- und Rücklauf wird jeweils ein Thermometer montiert, um die Funktion der Solaranlage zu kontrollieren. Ebenfalls wird mit einem Manometer der Betriebsdruck in der Anlage überwacht, der meistens mit ca. 2,5 bar höher ist, als der von einer normalen Heizungsanlage. Wegen der höheren Drücke wird in einem Solarkreissystem ein höherer Siedepunkt der Solarflüssigkeit erreicht, gleichzeitig reduziert sich die Verdampfungsgefahr. Wichtig ist auch ein Durchflussregulierungsventil zur Kontrolle der Inbetriebnahme sowie des Betriebes. Der Durchfluss der Solarflüssigkeit kann in Liter pro Minute abgelesen werden.

Umwälzpumpe, Sicherheitsgruppe, Durchflussregulierungsventil und die Armaturen werden vom Hersteller meistens als eine Baueinheit der s.g. Solar-Divicon geliefert. Das verkürzt die Montagezeiten erheblich. Die Solar-Divicon muss immer tiefer als der Sonnenkollektor montiert werden, damit bei einem Stillstand im Solarkreissystem kein Dampf in das MAG gelangen kann. Bei Dachheizzentralen oder großen Kollektorflächen ab 25m2 wird vor dem MAG ein Temperaturschichtbehälter vorgeschaltet. Damit wird die Membrane im MAG vor unzulässig hoher Temperatur (ca. 70°C) geschützt. Das MAG ist immer so auszulegen, das es den kompletten Kollektorinhalt bei Dampfbildung aufnehmen kann.

Zur Verbindung von der Solar-Divicon zum Sonnenkollektor können vorgefertigte flexible Solarleitungen mit einer speziellen Hochtemperaturisolierung mit bester Wärmedämmung verwendet werden. Diese speziellen Solarleitungen sind Wellrohre aus Edelstahl, welche sich gut durch stillgelegte Schornsteine ziehen lassen. Eine große Aufgabe ist es immer wieder, eine möglichst unsichtbare Verbindung vom Sonnenkollektor zum Solarspeicher im Keller zu finden. Die Wellrohre sind mit einer speziellen Klemmringverschraubung versehen, und können ohne Löten mit dem Sonnenkollektor und der Solar-Divicon verbunden werden. Kupferrohrleitungen müssen in einem Solarkreissystem wegen der hohen Temperatur der Solarflüssigkeit hartgelötet werden. An der höchsten Stelle im Solarkreissystem wird am Sonnenkollektor ein Entlüfter montiert, der nach einer Betriebszeit der Solaranlage von ca. 3 Wochen mit einem Absperrhahn gesperrt werden kann.

Auszug aus unseren Projekten Thermische Solaranlage
Dachmontage von Flachkollektoren

Montage einer thermischen Solaranlage auf einem Schrägdach

Solaranlage für die Warmwasseraufberatung

Solaranlage für die Warmwasseraufberatung

Solaranlage für die Warmwasseraufberatung und Heizungsunterstützung

Solaranlage für die Warmwasseraufberatung eines Einfamilienhauses mit zusätzlicher Heizungsunterstützung

Montage Röhrenkollektor

Montage der Unterbaueinheit für einen Röhrenkollektor

Montage der Röhren

Einsetzen der Röhrenkollektoren in die Halterungen

Röhrenkollektor zur Warmwasseraufbereitung

Röhrenkollektor für die Warmwasseraufbereitung für ein Einfamilienhaus in Berlin Steglitz

Röhrenkollektor auf einem Flachdach

Röhrenkollektor auf einem Flachdach für die Trinkwarmwasseraufbereitung. Einfamilienhaus in Schönwalde Glien

Röhrenkollektor aufgeständert auf einem Flachdach

Thermische Solaranlage für die Trinkwarmwasseraufbereitung für eine Dachgeschoßwohnung in Berlin Charlottenburg