Klein - kompakt - multifunktionell
Kleinere Solaranlagen, die warmes Brauchwasser bereiten und/oder die Heizungsanlage mit Sonnenenergie unterstützen, sind heute weitgehend standardisiert. Die Hersteller der Solarsysteme bieten abgestimmte Paketlösungen an, die alle notwendigen Komponenten in sich vereinen. Eine zentrale Komponente ist dabei die Solarstation, auch Pumpengruppe genannt. Dabei greifen die Systemanbieter auf solche Stationen zurück, die überwiegend traditionelle Heizungsarmaturenhersteller produzieren. Daneben haben seit einigen Jahren aber auch viele Solarreglerhersteller eigene Stationen im Produktspektrum.
In der Pumpengruppe sind alle wichtigen Armaturen zusammengefasst: Sicherheitsventil, Spül- und Befüllhähne, Anschluss für das Ausdehnungsgefäß, Thermometer für Vor- und Rücklauf, Manometer und Durchflussanzeiger, Entlüfter und Solarkreispumpe. In den vergangenen Jahren haben die Solaranbieter ihre Systeme vereinfacht, Komponenten reduziert und so den Montageaufwand minimiert. Mittlerweile enthalten die meisten Solarstationen bereits den vormontierten Solarregler. Und bei vielen Systemen wird die Pumpengruppe direkt am Solarspeicher montiert. Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Produkte auf dem Markt.
###newpage###
Pumpengruppe und Solarregelung verschmelzen
Eine besondere Form des kompakten Aufbaus hat der Schweizer Reglerhersteller TEM (Chur) im Programm. Hier ist der Regler direkt auf einer Solarpumpe des Schweizer Herstellers Biral (Münsingen) angebracht und zu einer Einheit verschmolzen. Bei den meisten Produzenten 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) oder Steca (Memmingen) 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 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 Baureihe 8000 verfügbar sind.
###newpage###
Der Trend: 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.
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. Die weitaus meisten Pumpengruppen 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 "Solaventec" mittels spezieller Ventiltechnik.
###newpage###
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 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 zusammengefasst. Standard ist es, die Schwerkraftbremsen in die Bauteile mit den Temperatursensoren zu integrieren. Angesichts hoher Rohstoffpreise, auch für Messing, geht es darum, Material einzusparen und Kosten zu senken oder immerhin zu halten.
###newpage###
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. So hebt sich beispielsweise Resol von den ansonsten im Wesentlichen baugleichen Pumpengruppen seines Zulieferers PAW (Hameln) ab. Auch Steca hat mit seiner seit zwei Jahren 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 hat sich Resol für die Station "Flowcon digital" ausgesucht. Der Isolationskorpus geht in den Regler über und verschmilzt so optisch zu einer Steuerungseinheit - nicht zuletzt, weil Resol die sonst den Korpus unterbrechenden Temperaturanzeigen unter der Hülle verschwinden lässt und im Betrieb das Display des Reglers als Temperaturanzeige nutzt.
###newpage###
Effiziente Anlagenüberwachung
Doch das Besondere steckt nicht im Äußeren der Resol-Station: Die Pumpengruppe wird mit Sensoren ausgestattet, die der Pumpenhersteller Grundfos entwickelt hat. Ein Sensor misst den Druck und die Temperatur, ein zweiter den Durchfluss und die Temperatur. Die 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 Sensoren abfragen, sodass sich auch für Großanlagen neue Anwendungen ergeben können. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Volumenstrom nicht mehr über einen künstlichen Widerstand mechanisch eingestellt, sondern direkt geregelt werden kann. Außerdem verfügt das System durch den Volumenstromsensor über eine präzise Wärmemengenberechnung.
Solare Trennsysteme
Neben den Solarstationen gewinnen Übergabestationen - auch solare Trennsysteme genannt - an Gewicht (Tabelle 2). Der Hersteller 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 bestehende Heizungsanlagen, die zwar über einen Speicher verfügen, aber keinen Solarwärmetauscher enthält.
###newpage###
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 Universal-Pufferschichtenspeicher, mit dem mehrere Energiequellen verschaltet werden können, bietet sich für Neuanlagen an", so Geschäftsführer Josef Ewers. "Vorteil ist, dass der Speicher von der Druckstufe her leichter ausgelegt (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 Resol diesen Effekt. Carsten Wölk, Verkaufsleitung bei Kamo (Ehingen), nennt noch weitere wünschenswerte Effekte der externen Beladung: "Die Anpassung der Leistungsgrößen durch Auswahl des Plattenwärmetauschers ist einfach und die Einbindung von beliebigen Wärmeabnehmern - Speicher, Puffer, Schwimmbecken, Prozesswärme - möglich."
###newpage###
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 liege 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 zwischen 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.
###newpage###
Trennsysteme bei Großanlagen
Hans Saba sieht die Hauptanwendung von Trennsystemen bei großen Anlagen: "Großanlagen sind oft nicht anders realisierbar, da die notwendigen Übertragungsflächen nicht in den Speicher integriert werden können. Die externen Plattenwärmetauscher bieten hingegen die Möglichkeit, die Übertragungsflächen richtig zu dimensionieren und bringen ein besseres Übertragungsverhalten."
Der TEM-Geschäftsführer hat einen weiteren Trend 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. Bei PAW gibt es eine kaskadierbare Einheit, sodass Großanlagen mit bis zu 450 m² Kollektorfläche angeschlossen werden können.
