Die Funktionsweise von Solaranlagen

Üblicherweiser wird bei Solaranlagen, die über die Solarkollektoren aufgenommene Wärme über den Solarkreislauf in den Wärmespeicher transportiert. Dort wird über einen Wärmetauscher das Brauchwasser oder das Heizungswasser aufgewärmt. Etwas ausführlicher stellt sich die Funktionsweise wie folgt dar:

Die Kollektoren auf dem Dach werden über ein Leitungssystem, dem so genannten Solarkeis, mit dem Wärmespeicher verbunden. In Deutschland handelt es sich beim Solarkeis in der Regel um einen geschlossenen Kreislauf. Die darin zirkulierende Solarflüssigkeit dient als Wärmeträger und transportiert die in den Kollektoren aufgenommene Wärme in den Warmwasserspeicher. Die Solarflüssigkeit besteht zum größten Teil aus Wasser, das mit einem speziellen Frostschutzmittel auf Glykolbasis gemischt ist. Dadurch wird im Winter das Einfrieren der Solarflüssigkeit in den Kollektoren verhindert. Denn durch das Gefrieren und der damit verbundenen Ausdehnung der Flüssigkeit würden die Kollektoren beschädigt werden. Je höher die Konzentration des Frostschutzmittels desto tiefere Temperaturen kann die Anlage ohne Schaden überstehen aber desto schlechter wird auch die Eignung als Wärmeträger.

Im Solarkreislauf integriert ist eine Solarstation. Mit Ausnahme von schwerkraftgesteuerten Thermosiphonanlagen enthält die Solarstation eine Pumpe zur Umwälzung der Solarflüssigkeit sowie diverse Sicherheitseinrichtungen. Bei geschlossenen Kreislaufsystemen kommt ein Membran-Ausdehnungsgefäß (MAG) zum Einsatz, das bei einer Verdampfung der Solarflüssigkeit in den Kollektoren, den Druck aufnimmt und so ausgelegt ist, dass es den gesamten Inhalt des Solarkreises aufnehmen kann.

Die Solarregelung steuert im einfachsten Fall über eine Temperatur-Differenz-Regelung die Solarstation. Wenn die Differenz zwischen der Temperatur im Kollektor und der Temperatur im unteren Bereich des Solarspeichers einen festgelegten Wert übersteigt, wird die Pumpe gestartet und die Wärme aus dem Kollektor in den Speicher geleitet. Sinkt dadurch die Temperaturdifferenz wieder unter den festgelegten Wert, wird die Pumpe wieder gestoppt. Für komplexere Anlagen mit verschiedenen Kollektoren und mehreren Solarwärmeüberträgern gibt es auch komplexere Solarregelungen.

Um die Wärme aus dem Solarkreislauf unabhängig von der momentanen Sonneneinstrahlung nutzen zu können, muss die Wärme gespeichert werden. Die eingesetzten Solarspeicher nutzen meist Wasser als Speichermedium. Allerdings muss totz der hohen spezifischen Wärmekapazität von Wasser der Solarspeicher sehr gut Isoliert sein. Das führt oft dazu, dass bei der Nachrüstung einer Solaranlage ein bestehender Speicher durch einen speziellen Solarspeicher ausgetauscht werden muss. Diese unterscheiden sich durch:

• sehr starke Isolierung (herkömmliche Warmwasserspeicher: 5 cm Mineralwoll; Solarspeicher: min. 10 cm PU- oder PP-Schaum, teilweise zweischichtig)
• hohe und schlanke Bauform zur leichteren Bildung von Temperaturschichten (oben heißes Wasser entnehmen, unten kühles Wasser aufheizen)
• einen tief angebrachten, großflächigen Wärmeüberträger, der die Wärme aus dem Solarkreis auf das Wasser im Speicher überträgt.

Bei Solaranlagen werden oft bivalente Speicher eingesetzt. Das bedeutet, dass neben dem Wärmetauscher des Solarkreises, der im unteren Bereich des Speichers angebracht ist, eine zusätzliche Möglichkeit zur Nachheizung mittels anderer Energiequellen (Öl, Gas, Strom, ...) besteht. Das Nachheizen wird immer dann notwendig, wenn die Wärme aus den Solarkollektoren nicht genügt, um den Warmwasserbedarf zu decken oder das Brauchwasser auf die entsprechende Temperatur aufzuheizen.

Unterscheidung von Solaranlagen und Komponenten

Man kann Solaranlagen auf Grund ihres Einsatzzwecks in folgende Typen unterteilen:

• Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung
• Solaranlagen zur Heizungsunterstützung
• Kombinierte Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung

Bei den eingesetzten Kollektoren unterscheidet man:

• Flachkollektoren
• Vakuum-Röhrenkollektoren

Als Solarspeicher bezeichnet man übergreifend alle Komponenten einer Solaranlage, die zur Wärmespeicherung dienen:

• Warmwasserspeicher (auch Tinkwasser- oder Brauchwasserspeicher genannt)
• Pufferspeicher für Heizwasser
• Kombispeicher oder Tank-in-Tank Systeme, die Wamwasser- und Heizwasserspeicher vereinen
• Langzeit-Wärmespeicher oder Saisonwärmespeicher

Ebenso gibt es bei der Speichertechnik Unterschiede, die aber sehr stark Hersteller abhängig sind und dadurch nicht klar kategorisiert werden können. Nahezu alle Hersteller setzen auf Schichtenspeicher und eine speziell optimierte Isolierung.

Aufgrund der Anlagentechnik unterscheidet man:

• Schwerkraftanlagen
  Diese Anlagen arbeiten typischerweise ohne Pumpe im Solarkreis. Die Solarflüssigkeit wird im Kollektor erwärmt und steigt dadurch in den  typischerweise über dem Kollektor angebrachten Warmwasserspeicher. Mit fallenderTemperatur sinkt es im Wärmespeicher ab und wird über einen Rücklauf in den Kollektor zurückgeführt.
• High-Flow Systeme
  Die Bezeichnung "High-Flow" bezieht sich auf die Durchlaufmenge im Verhältnis zur Kollektorfläche. Bei diesen Systemen werden 30-50 Liter pro Stunde und Quadratmeter Kollektorfläche umgewälzt. Die meisten heute eingesetzten kleineren Anlagen sind "High Flow"-Systeme, die mit normalen Heizungspumpen betrieben werden können. Sie sind in der Lage, hohe Wärmemengen auf niedrigem bis mittlerem Temperaturniveau aus dem Kollektor abzuführen.
• Low-Flow Systeme
  Bei diesen Systemen werden nur 10-20 Liter pro Stunde und Quadratmeter Kollektorfläche umgewälzt. Der Vorteil liegt in der höheren Temperaturdiffernez, die durch den langsameren Durchfluss zwischen Kollektor und Wärmespeicher entsteht. Dadurch sinkt zwar der Kollektorwirkungsgrad etwas, aber es kann ein höheres Temperaturniveau erreicht werden, wodurch ein nachheizen überflüssig werden kann. Für "Low-Flow" Systeme können schwächere Pumpen, kleinere Wärmeüberträger und engere Rohrquerschnitte verwendet werden als bei "High-Flow" Systemen.

 (c) profi-heizung.de - Alle Angaben ohne Gewähr! Es besteht kein Anspruch auf Vollständigkeit und Aktualität!