Solarthermie – Systeme, Anlagearten und Speicherarten im Überblick
Wer verliert nicht schnell den Überblick über die einzelnen Elemente solarthermischer Anlagen, die untereinander kombinierbar sind. Unterschieden werden auch bei solarthermischen Anlagen verschiedene Systeme, Anlagearten und Speicherarten. Folgender Überblick soll Klarheit in den Dschungel der Elemente der Solarthermieanlage bringen.
Systeme
Egal, welche Anlagenart Sie nutzen, ein Kollektor gehört dazu. Foto: Wagner&Co
Bei den Varianten thermischer Solaranlagen werden folgende Solarthermie Systeme unterschieden:
Das High-Flow-System:
Von einer High-Flow-Anlage spricht man, wenn die Durchflussmenge durch die Kollektoren der solarthermischen Anlage ca. 30-50l pro Stunde beträgt. Der Wärmeträger wird bei einer solch enormen Fließgeschwindigkeit von 800-100W/m² um rund 10°C heißer. Im Klartext bedeutet dies: Während des Durchlaufens des Wassers zum Speicher erwärmt sich die Temperatur jeweils um 10°C; herrschen also im Speicher 30°C kommt der Wärmeträger mit 40°C zurück in den Speicher. Die neue Ausgangsposition sind dann 40°C im Speicher, die sich durch den Wärmeträger wiederum auf 50°C erhöhen. Es handelt sich um eine stetige Steigerung der Warmwasser-Erzeugung.
Das Low-Flow-System:
Der Wärmeträger wird bei diesem System länger der Sonnenwärme ausgesetzt, die Menge des Durchflusses beträgt hier lediglich 12-20l pro Stunde. Durch dieses System wird eine schnellere und höhere Steigerung der Wassertemperatur erreicht. Eine Temperaturerhöhung um 20-30°C ist möglich. Damit sich kaltes und warmes Wasser nicht vermischen, bedarf es hier externer Wärmetauscher oder Schichtenspeicher.
Das Matched-Flow-System:
Hierbei ist eine drehzahlgeregelte Pumpe zwischen Kollektor und Speicher zwischengeschaltet, mittels der die Temperaturdifferenz gesteuert werden kann. So findet eine Anpassung an die jeweilige Sonneneinstrahlung statt, was dazu führt, dass die gewünschte Solltemperatur früher erreicht wird und die Pumpe geringer bzw. nach Bedarf arbeitet. Auch hier werden jedoch ein externer Wärmetauscher oder ein Schichtenspeicher zusätzlich benötigt.
Bei der Pumpe kann man auch auf eine photovoltaische Pumpe zurückgreifen, womit das Warmwasser gänzlich aus Solarenergie bereitet werden kann, da die photovoltaische Pumpe, genau wie die Photovoltaikanlage insgesamt, über Solarzellen mit Strom versorgt wird.
Die Schwerkraftanlage:
Bei dieser Art der solaren Warmwasser-Erzeugung wird keine Pumpe benötigt. Erwärmtes Wasser steigt nach diesem System automatisch in den Leitungen auf und gelangt über diese zu dem über dem Kollektor liegenden Speicher. Kaltes Wasser dagegen sinkt automatisch hinab in den Kollektor, wo es wieder erwärmt wird.
Anlagearten
Bei den Anlagearten der thermischen Solaranlagen können folgende unterschieden werden:
Die Drain-Back-Anlage:
Bei dieser Form der Anlage wird bei Stillstand der Pumpe der Kollektor vollständig entleert. Dies hat zur Folge, dass im Winter bspw. keine Frostgefahr besteht und als Wärmeträger auch schlicht Wasser eingesetzt werden kann statt des Wassergemisches mit Frostschutz ähnlichen Substanzen. Der Wärmeträger befindet sich in einem zusätzlichen Auffangbehälter, weswegen stärkere Pumpen gebraucht werden. Zu achten ist bei der Installation jedoch auf die genaue Verlegung von Kollektoren und Zuleitungen, damit beim Befüllen alle Luft herausgedrückt und beim Entleeren kein Wasser in der Anlage verbleiben kann. Ansonsten könnte es zu Schäden durch Frost oder zu Einbußen während der Wärmegewinnung kommen.
Der externe Wärmetauscher:
Bei größeren Solarthermieanlagen ist der Einsatz eines externen Wärmetauschers sinnvoll. Er ermöglicht eine bessere Übertragung der gewonnenen Wärme, da das Wasser im Speicher direkt nach oben geschichtet werden kann.
Mehrere Speicher:
Falls aus Platzgründen kein einzelner Speicher verwendet werden kann, gibt es die Möglichkeit, mehrere Speicher in die solarthermische Anlage zu integrieren. Dies spart oft Kosten, da ein großer Speicher teuer sein kann als mehrere kleinere. Natürlich können Speicher auch nachgerüstet werden.
Solar-Speicherarten
Es gibt auch verschiedene Speicherarten. Foto: Cschirp / wikipedia / CC-by-sa 3.0/de
Auch bei den verschiedenen Arten im Bereich Solarthermiespeicher gibt es Unterschiede. Hier ein paar Infos zu den gängigsten Speicherarten für solarthermische Anlagen.
Schichtenspeicher
Wie der Name schon sagt, beinhaltet ein Schichtenspeicher Wasser verschiedener Temperaturen verteilt in mehreren Schichten. Es findet keine Durchmischung der Schichten statt, wodurch die hohe Temperatur im oberen Teil des Speichers schnell die Solltemperatur erfüllt und so auch schnell zur Verfügung steht. Hierdurch wird im Vergleich zu Standardanlagen rund 10% Energie eingespart.Daneben braucht es bei dieser Speicherform aber auch eines Wärmetauschers und oftmals auch einer Pumpe.
Kombi-Speicher
Das Konzept der Kombispeicher ist folgendes: Überschüssige Wärme wird gespeichert, um für sonnenärmere Tage gerüstet zu sein. Dabei können zwei Modelle unterschieden werden:
1. Tank im Tank: Gier sind zwei separate Tanks, einer für Trinkwasser und einer für das Heizungswasser enthalten. Das Heizungswasser wird über die Solaranlage und eventuell zusätzlich auch über ein zweites gekoppeltes traditionelles Heizsystem erwärmt. Der Trinkwassertank befindet sich über dem Heizungstank, sodass das Trinkwasser automatisch miterwärmt wird.
2. Trinkwasserwärmetauscher: IN dieser Variante verläuft durch das Heizungswasser hindurch ein weiteres Rohrsystem, durch das nach Bedarf Trinkwasser geleitet und erwärmt wird.
Alternativ zum Kombispeicher kann auch ein Pufferspeicher über zwei getrennte Wassertanks möglich.
Pufferspeicher:
Pufferspeicher funktionieren nach dem Prinzip, erlangte Energie so lange zu konservieren, bis sie wirklich gebraucht wird. So hält sich das durch die Sonne erhitzte Wasser mehrere Tage warm. Übertemperaturen werden ebenfalls durch Pufferspeicher "gepuffert". Diese zu hohen Temperaturen entstehen im Sommer oder durch zusätzlichen Betrieb einer Heizung zur unterstützenden Wärmegewinnung.
Zirkulationsleitung
Wenn zwischen dem Speicher und der Entnahmestelle große Distanzen liegen, führt dies dazu, dass das Wasser bereits wieder abgekühlt ist, bevor es an der Entnahmestelle ankommt. Dann ist eine Anlage mit Zirkulationsleitung dienlich, da die Wassertemperatur durch Umwälzung in der kompletten Leitung erhalten bleibt.Jedoch kommt es bei dieser Variante zu einer Störung der Schichtung im Speicher, wodurch Energie verloren geht. Zudem wird eine Pumpe benötigt.
Nachheizung
Ein Durchlauferhitzer sorgt dafür, dass das vorgewärmte Wasser auf die gewünschte Solltemperatur erhitzt wird.
Parrafin-Wärmespeicher
Der Parrafin Wärmespeicher besteht aus mehreren ca. 2 m langen und 20 cm dicken Kunststoffrohren, die in einen wärmegedämmte Behausung eingebunden werden. Die Zwischenräume sind mit Füllmaterialien, z.B. Kies bestückt. Die Rohre selbst enthalten Paraffin, durch welches die Wärmetauscher sowie die Rohrleitungen für Heiz- und Trinkwasser hindurchlaufen. Vorteil dieser Anlage ist die große Speicherkapazität, die längere Verfügbarkeit der Wärme und der geringe Platzbedarf, der zum Aufbau notwendig ist.
Saisonaler Speicher
Diese Speicherart eignet sich vor allem für große Einrichtungen. Die Sonnenenergie kann bei dieser Anlage das gesamte Kahr über genutzt werden und eine fast 100%ige Nutzung von ausschlich solarer Energie garantieren. Die Speicher gibt es ab einem Fassungsvermögen von 1000m³.
