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Sonnenenergie optimal nutzen

Was bei der Planung und Installation von Solarthermieanlagen beachtet werden sollte

Dimensionierungsempfehlungen für Solarthermieanlagen für ein Einfamilienhaus mit mittlerem Wärmebedarf von 20 000 bis 30 000 kWh.

Mithilfe einer Einstrahlungsscheibe lässt sich abschätzen, wie sich der Ertrag einer Solarthermieanlage abhängig vom Einstrahlungswinkel der Sonne verändert. So fällt der Ertrag im langjährigen Mittel bei z.B. einer Südabweichung innerhalb von +/- 45° bei geneigten Dächern von 30 bis 45° um maximal 5 % ab.

Die Dacheindeckung entscheidet über die Art der Montage und Befestigung. Hierbei ist u. a. wichtig, auf UV-beständige Materialien zu achten.

 

Der sonnenreiche Sommer 2018 hat Solaranlagen hierzulande ein Hoch beschert. Dadurch ist auch das Interesse privater Bauherren an Solarthermieanlagen wieder gestiegen. Worauf bei deren Planung und Installation zu achten ist, erläutert Ingo Rieger von Bosch Thermotechnik.

Für einen bestmöglichen Ertrag von Solarthermieanlagen sind die Planung und der Vor-Ort-Check der Gegebenheiten das A und O. Eine wesentliche Rolle spielen hier die Ausrichtung und die Neigung des Dachs, auf dem die Anlage installiert werden soll. Optimal ist die Ausrichtung der Solarthermieanlage nach Süden. Bei Dächern mit einer Neigung zwischen 30 und 45° mindert eine Südabweichung innerhalb von ± 45° den solaren Ertrag allerdings nur geringfügig: „Im Vergleich zur bestmöglichen Ausrichtung verringert er sich hier im langjährigen Mittel um maximal 5 %“, beziffert Ingo Rieger, Produktmanager Solar und Speicher bei Bosch Thermotechnik, die Größenordnung. „Jedoch handelt es sich hier nicht um eine lineare Funktion.“ Für solche Dächer, die nicht weitestgehend nach Süden zeigen, empfiehlt der Experte vor allem Röhrenkollektoren. Ungünstige Ausrichtungen können überdies durch größere Kollektorflächen ausgeglichen werden. „Bei einer beispielhaften Südabweichung  von 90° – also einer Kollektorausrichtung nach Osten oder Westen – sollte ein zusätzlicher dritter Kollektor vorgesehen werden, damit die Ausbeute wieder den bestmöglichen Wert erreicht.“
Für eine gute Solareinstrahlung sind Dachneigungen von 25 bis 60° am besten geeignet. Wichtig sind zudem Größe und Zustand des Daches sowie dessen Statik. Ebenso muss bei der Planung beachtet werden, wo Dachfenster und Schornsteine die Positionierung der Anlage beeinträchtigen können. Schließlich gilt es, die Verschattung durch Bäume oder andere Gebäude ins Kalkül zu ziehen. „Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass sich der Sonnenstand je nach Jahres- und Tageszeit und damit auch der Schattenwurf ändern“, betont Produktmanager Rieger.

Anlagenplanung
Neben der richtigen Positionierung der Anlage kommt es auch darauf an, ihre Größe bestmöglich auf die jeweiligen Bedürfnisse und Gegebenheiten auszulegen. Grundsätzlich ist die Dimension der Anlage davon abhängig, ob sie nur Trinkwasser erwärmen oder auch die Heizung unterstützen soll. Darüber hinaus ist von Bedeutung, wie viele Personen im Haus wohnen. Die nötige Kollektorfläche für die Warmwasserbereitung beträgt bei einem mittleren Verbrauch von 50 l pro Tag und einer Wassertemperatur von 45 °C ca. 1 bis 1,5 m² pro Person. Kommt zusätzlich eine solarthermische Heizungsunterstützung hinzu, verdoppelt sich in etwa der Bedarf an Kollektorfläche. „Für einen Vier-Personen-Haushalt empfehlen sich bei geeigneter Dachausrichtung und -neigung hier vier bis fünf Kollektoren mit einer Gesamtfläche von 10 bis 12 m²“, erläutert der Solarfachmann. Doch sind überdies auch das Verbrauchsverhalten der Hausbewohner und der Wärmebedarf bei der Dimensionierung der Solarthermieanlage zu berücksichtigen. „Tatsächlich stellt der Verbrauch den größten Einflussfaktor dar. Ebenso wichtig sind im Falle einer Heizungsunterstützung der Energiestandard des Gebäudes und damit dessen Wärmebedarf. Bei der Dimensionierung der Anlage sollten daher im Internet verfügbare Auslegungstools oder die Planungsunterlagen der Hersteller zurate gezogen werden, die diese Einflussgrößen gezielt abfragen“, empfiehlt Rieger.

Hitzebeständiges Material
Für ein zuverlässiges und effizientes Funktionieren einer Solarthermieanlage sind auch die eingesetzten Installationsmaterialien wichtig. Bauteile, die wie die Isolierung Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, müssen UV-beständig sein, um eine lange Lebensdauer zu garantieren. Zudem muss das Installations-Material hitzebeständig sein. Beispielsweise sind Membran-Ausdehnungsgefäße, die für Heizungsanlagen geeignet sind, nicht notwendigerweise auch für die hohen Temperaturen bei Solaranlagen vorgesehen (Trinkwasser und Heizung ca. 90 °C; Solarthermie 130 °C und höher). Gegebenenfalls müssen hier Maßnahmen zur Reduzierung der Temperaturen, z. B. durch den Einbau eines Vorschaltgefäßes, ergriffen werden.
Neben der Hitzebeständigkeit muss beim Ausdehnungsgefäß auch auf die richtige Größe geachtet werden. „Aufgrund der hohen Temperaturdifferenzen in solchen Anlagen dehnt sich die Solarflüssigkeit mehr aus als Heizungswasser“, mahnt Ingenieur Rieger und rät daher bei kleineren Anlagen zu einem Ausdehnungsgefäß mit einem Volumen von etwa 18 bis 25 l. Rieger: „Bei größeren Anlagen für ‚normale‘ Einfamilienhäuser mit einer Höhe von etwa 10 m kann das Volumen bis zu 50 l betragen.“
Auch die für den Betrieb der Anlage essenzielle Solarflüssigkeit, das Solar­fluid, muss hohe Temperaturen aushalten können. Genauso muss es bei Frosttemperaturen flüssig bleiben. Am gebräuchlichsten ist ein Gemisch von Wasser und Propylenglykol bei einem Mischungsverhältnis von 1 zu 1. „Dieses Mischungsverhältnis ist aus zwei Gründen wichtig: Einerseits soll die optimale Wärmeaufnahme sichergestellt sein, andererseits ist so gewährleistet, dass die Leitungen in den Kollektoren bei niedrigen Außentemperaturen nicht auffrieren“, sagt Rieger. Das Solarfluid muss regelmäßig überprüft werden – insbesondere wenn sich eine Anlage häufig im Stagnationszustand befunden hat, da durch die dabei auftretende thermische Zersetzung des Glykols die Frostschutzwirkung nachlassen kann. „Dazu empfehlen wir den Anlagencheck im Rahmen der turnusmäßigen Heizungswartung mitzumachen, spätestens jedoch alle zwei Jahre“, ergänzt der Solar-Experte.

Position der Fühler
Damit Solarthermieanlagen hohe solare Erträge aufweisen und damit auch wirtschaftlich optimal laufen, kommt es ebenso auf die Regelung an. Dazu müssen die Fühler richtig positioniert sein. Der Kollektorfühler etwa muss so angebracht werden, dass keine Verschattung auftritt. Auch bei nur kurzzeitiger Verschattung liefert er inkorrekte Werte mit der Folge, dass die Regelung falsch läuft. „Damit die Anlage zum richtigen Zeitpunkt – also weder zu früh noch zu spät – einschaltet, muss zudem der Speicherfühler an der vom Hersteller vorgegebenen Position sitzen, wenn er nicht ohnehin bereits werksseitig montiert ist“, betont Rieger abschließend.

Bilder: Junkers Bosch



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