Ausgabe 6/003 Seite 12 f.


Ausbildung


Fachbericht (Beschreibung/Skizze) Nr.:Woche: 24

Thema: Bestandteile von Solaranlagen

Für das Handwerk gewinnt die Solarthermie verstärkt an Bedeutung. In Deutschland stehen ca. 800 Millionen Quadratmeter Dachflächen zum Einbau von Kollektoren zur Verfügung. Pro Person werden zur Trinkwassererwärmung ca. 1 m2 Kollektorfläche benötigt. Bei einer Bevölkerung von 80 Millionen Einwohnern entspräche das einer Fläche von 80 bis 100 Millionen Quadratmetern. Diese Deckungsrate ist bei weitem noch nicht erreicht. Hier liegt vor den Fachhandwerkern ein großes Beschäftigungspotenzial. Für den Ersteller dieser Anlagen ist das Wissen über die erforderlichen Komponenten und die Anordnung sowie Verlegeweise einer Solaranlage unabdingbar.

1. Kollektor (Auffangen der Wärme)

Der Absorber des Kollektors wird von einer Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt, die zwischen Kollektor und Warmwasserspeicher zirkuliert. Mit Hilfe der Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Wärmeträgerflüssigkeit. Am weitesten verbreitet sind die Flach- und Vakuumröhrenkollektoren.

1.1 Flachkollektoren

Der Flachkollektor besteht aus einem beschichteten Kupferabsorber, der zur Aufnahme der Sonnenstrahlung dient. Dieser wird in der Regel in einem wärmegedämmten Kasten mit transparenter Abdeckung eingebettet. Im Kollektor kann bei Stillstandszeit, d.h. ohne Zirkulation/Umwälzung und bei extremer Sonneneinstrahlung, eine Stillstandstemperatur von über 180C erreicht werden.

1.2 Vakuumröhrenkollektor

In separaten Glasröhren ist jeweils ein Absorberstreifen eingebaut. Durch das Vakuum in den Glasrohren wird eine sehr gute Wärmedämmung erreicht. Die Stillstandstemperatur bei Vakuumröhren kann bis zu 280C betragen.

Die Wahl des Kollektortyps richtet sich nach dem gewünschten Temperaturbereich sowie den Standortfaktoren. Einstrahlungswerte, Witterungsverhältnisse und Platzangebot sind bei der Wahl einzubeziehen. Soll außer dem Trinkwasser auch noch die Heizung unterstützt werden, ist eine entsprechend größere Kollektorenfläche erforderlich.

2. Rohrsystem

Das Rohrsystem besteht aus Vor- und Rücklauf und verbindet die einzelnen Systembauteile (Pumpe, Ventile, Speicher,...) miteinander. Um die Wärmeverluste zu minimieren, sollten die Wege zwischen Kollektor und Speicher möglichst kurz gewählt werden. Die verwendeten Werkstoffe müssen den hohen Temperaturen Rechnung tragen. Hingegen muss eingeschränkt erwähnt werden, dass Temperaturen über 100C nur in unmittelbarer Nähe des Kollektors erreicht werden. Die Dämmung ist gemäß der Heizungsanlagenverordnung vorzunehmen.

3. Speicher (Wärmesammler)

Der Speicher sammelt die Wärmeenergie und gibt diese bei Bedarf an das Brauchwasser oder Heizungssystem ab. Das erwärmte Kollektorwasser (1) strömt in den unteren Wärmetauscher (2) des Speichers und erwärmt dort das Brauchwasser. Im Speicher bilden sich aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Wassers (je höher die Temperatur, desto niedriger die Dichte) verschiedene Wärmeschichten. Wird Warmwasser benötigt, so fließt dies vom oberen Teil des Speichers (3) zum Verbraucher.

Das Volumen des Speichers sollte etwa das 1,5-2-fache des täglichen Warmwasserbedarfs umfassen (ca. 75 bis 100 Liter pro Person). Soll der Heizwärmebedarf eines Gebäudes mit gedeckt werden, werden entsprechend größere Speichervolumina benötigt. Hier wäre ein Pufferspeicher erforderlich.

3.1 Wärmetauscher

Der Wärmetauscher wird benötigt, um zwischen zwei getrennten Kreisläufen die Wärme zu übertragen.

3.2. Heizung

Bei zu geringer Sonneneinstrahlung kann der Solarspeicher mit einem herkömmlichen Wärmeerzeuger nachgeheizt werden.

4. Wärmeträgerflüssigkeit (Wärmetransport)

Die Anforderung an die Wärmeträgerflüssigkeit sind hohe Wärmekapazität bei geringer Viskosität. In geschlossenen Kreisläufen hat sich ein Wasser-Glykolgemisch (auch Sole genannt) bewährt. Es friert wegen des Glykolanteils nicht ein, sodass die Anlage auch im Winter betrieben werden kann. Bei offenen Anlagen, bei denen der Kollektor bei niedrigen Temperaturen nicht gefüllt ist, kann auf den Glykolzusatz verzichtet werden.

5. Pumpen (Zwangsumlauf)

Um den Durchfluss zu gewährleisten, werden meist Heizungsumwälzpumpen eingesetzt. Die Pumpe sollte immer im kälteren Rücklauf des Kollektorkreises eingebaut sein, um die Temperaturbelastung zu reduzieren. Zur Kontrolle des Volumenstromes sollte ein Durchflussmesser eingebaut sein.

6. Regelung (Steuerung)

Solaranlagen benötigen zur optimalen Nutzung eine Regelung, die u.a. die Pumpe für den Wärmetransport vom Kollektor zum Wärmespeicher steuert. Dazu wird meist ein Temperaturfühler in der Nähe des Wärmespeichers und ein zweiter im Absorber angebracht. Die Umwälzpumpe wird von der Regelung nur aktiviert, wenn die Temperatur des Absorbers 5-10 K über der des Speichers liegt. Bei Überschreiten der eingestellten Speichertemperatur wird die Pumpe ausgeschaltet.

7. Rückflussverhinderer (Schwerkraftbremse)

Da kaltes Wasser schwerer als warmes Wasser ist, sackt es während geringer/keiner Sonneneinstrahlung (Nacht) in den Speicher zurück, wärmeres Speicherwasser steigt nach oben und kühlt sich über den Kollektor ab. Der Rückflussverhinderer vermeidet, dass sich kalte und warme Wärmeträgerflüssigkeit entgegen der Umlaufrichtung bewegt.

8. Sicherheitsarmaturen

8.1. Sicherheitsventil (Überdruck)

Ein Sicherheitsventil lässt einen Teil der Wärmeträgerflüssigkeit ab, wenn der Druck im System zu hoch steigt. Der Ansprechdruck beträgt meist 6 bar. Das Wasser-Glykolgemisch wird in einen Auffangbehälter geleitet.

8.2. Ausdehnungsgefäß (Druckhaltung)

Um die Komponenten der Solaranlage vor zu hohem Druck zu schützen, werden das erwähnte Sicherheitsventil und ein Ausdehnungsgefäß eingebaut. Beide bilden meist eine Einheit. Bei Ausdehnung der Wärmeträgerflüssigkeit nimmt das Ausdehnungsgefäß das Ausdehnungsvolumen auf. Beim Wiederabkühlen gibt es die Flüssigkeit wieder an das System ab.

Bei Stillstand des Kollektorkreislaufes kann der Kollektor so hohe Temperaturen erreichen, dass die Wärmeträgerflüssigkeit in den Kollektoren verdampft. Das Ausdehnungsgefäß muss so bemessen sein, dass es das durch Verdampfen verdrängte Volumen aufnehmen kann.

9. Manometer/Thermometer

Das Manometer zeigt den Druck im Rohrsystem an, um evtl. Wassermangel oder Druckanstieg zu erkennen. Bei Wassermangel muss bei geöffneter Entlüftung Wasser-Glykolgemisch mit Hilfe der Fülleinrichtung nachgefüllt werden.

Für die Kontrolle der Temperatur sind im Vor- und Rücklauf Thermometer eingebaut.

10. Entlüftung

Luft in der Anlage behindert die Funktionsweise und mindert die Effizienz. Die Entlüftung wird deswegen am höchsten Punkt der Anlage angebracht. Wegen Verdampfungsgefahr der Soleflüssigkeit müssen Automatikentlüfter mit einem Kugelhahn absperrbar sein.

11. Absperrhahn

Er dient zum Absperren des Wasserkreislaufs für Wartungs- und Reparaturarbeiten.

12. Schulische Versuchsanlage

Aus modularen Systembauteilen zusammengesetzte Solar-Versuchsanlage, System Log-o, bestehend aus Kollektor, Pufferspeicher, Nachheizung, Sicherheitseinrichtungen, Regelung und Stromversorgung.


B i l d e r :   Fa. Log-o, Dielheim


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