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Artikel

Solarthermie-Systeme

Einführung

Der Begriff "Solarthermie" (ST) wird verwendet, um ein System zu beschreiben, in dem die Energie der Sonne geerntet wird, um sie für ihre Wärme zu nutzen. Solarthermie-Systeme unterscheiden sich von der Photovoltaik, die Sonnenlicht direkt in Strom umwandelt. Die Verwendung des Begriffs "Solarthermie" bezieht sich auch auf die Integration von "passiven" Heiz- und Kühltechnologien in Gebäuden.

Großbritannien bietet ein gutes Klima für solarthermische Anlagen, die von rund 60% der am Äquator empfangenen Sonnenenergie und ähnlichen Beträgen in anderen nordeuropäischen Staaten profitieren. Die Menge der empfangenen Sonnenstrahlung (auch als "Sonneneinstrahlung" bezeichnet) wird in kWh (Kilowattstunden) über einen bestimmten Zeitraum gemessen. An einem typischen Julitag in Coventry würde es etwa 5 kWh Sonneneinstrahlung geben.

Solarthermieanlagen sind in kWth (thermisch kW) angegeben. Die Summe aller solarthermischen Anlagen in Großbritannien belief sich Mitte 2010 auf rund 400.000 kWth.

Die Hauptanwendung für solarthermische Anlagen in Großbritannien ist die Warmwasserbereitung von Haushalten, obwohl es auch "Kombisysteme" gibt, die nicht trinkbare Wärmespeicher verwenden, die direkt mit der Niedertemperatur-Raumheizung (z. B. Fußbodenheizung) verbunden sind. In wärmeren Klimazonen Es gibt technisch anspruchsvollere solarbetriebene Kühlsysteme.

Ein Bericht des Energy Savings Trust 2011 (Hier kommt die Sonne: Ein Feldversuch mit Solar-Warmwassersystemen) ergab, dass ordnungsgemäß installierte und betriebene Systeme 60% der Brauchwarmwasserenergie liefern können. Die typischen CO2-Einsparungen eines gut installierten und ordnungsgemäß verwendeten Systems in einem Haus betragen beim Austausch von Gas etwa 230 kg CO 2 / Jahr und beim Austausch von elektrischer Tauchheizung 510 kg CO 2 / Jahr.

Das Potenzial für Solarwärme in Großbritannien

Die Solarthermie hat in jüngster Zeit mit der Bekanntmachung rund um das Renewable Heat Incentive und dem Green Deal einen großen Aufschwung erfahren. Infolgedessen gewinnt die Einführung von Solarkollektortechnologien in Großbritannien zunehmend an Bedeutung. Andere europäische Länder wie Deutschland verzeichnen seit Anfang der 1990er Jahre ein stetiges Wachstum im installierten Kollektorbereich (bisher rund 10 Mio. kWth).

In Großbritannien schwankt die durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung an der Südküste Englands zwischen etwa 1.200 kWh / m² und in Schottland bis zu 900 kWh / m². Süd-England hat eine ähnliche Einstrahlung wie in Holland, Nordfrankreich und Norddeutschland. Solardaten für ganz Großbritannien sind auf der PVGIS-Solarkarte verfügbar.

Da nur 55% des Sonnenlichts sichtbar ist und ein Großteil des Sonnenlichts diffus ist, besteht die Möglichkeit einer solarbetriebenen Warmwasserbereitung auch an 'bewölkten' Tagen. Eine ordnungsgemäß konzipierte und installierte Solarthermieanlage kann die Nutzung dieser Energie maximieren und 60% davon in nützliche Energie für Warmwasser umwandeln.

Sonnensysteme weisen eine Reihe positiver Eigenschaften auf, die eine stärkere Nutzung in Großbritannien fördern dürften:

  • Sie stellen keine Abgase bereit (wenn dies erforderlich ist, kann es zu Emissionen durch Pumpenergie kommen).
  • Gute Sammler haben eine Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren.
  • Sie bieten eine langfristige Unabhängigkeit von der Inflation der Kraftstoffpreise.
  • Die Gesamtkostenanalyse basiert weitgehend auf den bekannten anfänglichen Kapitalkosten.
  • Geringer Wartungsaufwand.
  • Potenzial für staatliche Subventionen.
  • Sicherheit der Kraftstoffversorgung.
  • Sie können die Umweltverträglichkeit von Gebäuden verbessern.

Regierungsfinanzierung

Alle solarthermischen Anlagen mit einer Leistung von 45 kW oder weniger müssen im Rahmen des Microgeneration Certification Scheme (MCS oder gleichwertig) zertifiziert werden, um vom Staat finanziell unterstützt zu werden. Dies bietet Schutz vor schlechter Qualität und ineffizienten Installationen. Sowohl die Technologie als auch das Unternehmen oder die Person, die das System installiert, müssen gemäß dem MCS-System zertifiziert sein. Bei der Beantragung einer finanziellen Unterstützung sind Angaben zur MCS-Zertifizierung erforderlich. Für solarthermische Anlagen mit mehr als 45 kWth wird Ofgem die Eignung überprüfen.

Der Solar Keymark ist ein Qualitätslabel für solarthermische Kollektoren und Systeme, die Mindestanforderungen gemäß spezifischer europäischer Normen erfüllen. Es ist in Großbritannien als gleichwertig mit MCS für Geräte anerkannt, der Installateur muss jedoch MCS-zertifiziert sein.

Solarthermie-Paneele für gewerbliche Warmwasserinstallationen bis 200 kWth kommen für das Renewable Heat Incentive (RHI) in Frage. Hausinstallationen werden voraussichtlich 2014 in das RHI-System aufgenommen.

Mit dem Enhanced Capital Allowance (ECA) -Programm können Unternehmen eine Kapitalzulage von 100% für Investitionen in zulässige Solarthermieanlagen im ersten Jahr gegen die zu versteuernden Gewinne im Investitionszeitraum beantragen. Seit dem Haushaltsplan 2012 wird diese Bestimmung jedoch in Anerkennung des RHI auslaufen.

Hinweis: Das Erneuerbare-Wärme-Prämiensystem wurde im Mai 2015 geschlossen.

Effiziente Solaranlagen

Der Schlüssel für eine effiziente Systemdimensionierung besteht darin, den jährlichen Warmwasserbedarf so viel wie möglich zu decken. Dies ist als Solarfraktion bekannt und reicht von Null (ohne Nutzung der Sonnenenergie) bis 1, bis die gesamte Wärme für den jährlichen Brauchwasserbedarf aus Sonnenenergie stammt. Der Sonnenanteil eines bestimmten Systems hängt von vielen Faktoren ab, wie z. B. der Last, der Kollektor- und Speichergröße, dem Betrieb und dem Klima.

Erfahrungen aus Deutschland mit einem sehr reifen Markt zeigen, dass Systeme in der Regel überdimensioniert sind und auf einem angenommenen Warmwasserverbrauch basieren, der weit über der Realität liegt. Typischerweise wurde im Sommer der Warmwasserverbrauch nicht erreicht und die erwartete Sonneneinstrahlung überschritten. In Kombination mit schlechten Materialien führte dies zu überteuerten, übergroßen Systemen, die die Erwartungen nicht erfüllten. Probleme ergaben sich in vielen Fällen auch aufgrund der schlechten Integration in bestehende traditionelle Warmwasserversorgungssysteme. In Großbritannien sollte ein solider Anteil von 60% angemessen sein.

Es ist auch wichtig, dass das System, wenn es entworfen wird, in der Lage ist, dem Wasserstau im Kollektor standzuhalten. Dies ist der Punkt, an dem das Wassersystem nicht die gesamte Wärme von den Kollektoren aufnehmen kann. Daher kann die Sonnenwärme die Temperatur der Sonnenkollektoren auf über 100 ° C erhöhen, was zur Verdampfung des Systems führt. Lange Stillstandszeiten können ein Zeichen für eine Überbewertung der Sonnenfraktion sein, wenn die Sonnenkollektoren für ihre jeweilige Anwendung zu groß (und nicht beherrschbar) sind.

Dimensionierung von solarthermischen Warmwassersystemen

Das Verfahren zur Dimensionierung einer Solaranlage unterscheidet sich stark von Gas-, Öl- oder elektrischen Warmwassersystemen. Herkömmliche Systeme sind auf der Grundlage des Spitzenwasserbedarfs ausgelegt und bieten zusätzliche Kapazität, um ein Potenzial für zukünftige Erweiterungen und Sicherheitsmargen zu schaffen.

Ein solarbetriebenes System würde normalerweise so dimensioniert sein, dass es nicht mehr Energie liefert, als zum Aufladen des Warmwasserspeichers in Zeiten geringen Bedarfs erforderlich ist. Dies ist normalerweise ein Sommerzustand. Ein größerer Speicher kann einen größeren Solaranteil zulassen, aber ein übergroßer Speicher bedeutet, dass die Wassertemperaturen bei zu geringer Sonnenverfügbarkeit zu niedrig sein können (mit zusätzlichen Kosten und Platzbedarf). Die britischen Bauvorschriften schreiben vor, dass der Speicher mindestens 80% des täglichen Warmwasserbedarfs oder 25 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche betragen muss.

Wenn in bestehenden Gebäuden Systeme installiert werden, kann die Kapazität praktisch auf Messungen des tatsächlichen Bedarfs in Sommermonaten mit niedrigem Verbrauch basieren. In neuen Gebäuden können sie basierend auf gemessenen Daten in ähnlichen Gebäuden bemessen werden.

Es ist höchstwahrscheinlich notwendig, ein Hilfsmittel zur Erwärmung des Wassers (normalerweise von den Hauptheizsystemen) bereitzustellen, wenn der Bedarf nicht durch Solarkollektoren gedeckt werden kann. In diesem Fall kann das solare Warmwasser als Mittel zum Vorwärmen von Wasser verwendet werden, das anschließend in einen separaten Durchlauferhitzer oder einen herkömmlichen Heißwasser-Heizkessel / -Zylinder eingespeist wird. Speziell gefertigte Zylinder werden häufig verwendet, wenn eine Solarspule den geringeren Platz im Zylinder beansprucht und eine herkömmliche Primärheizspule sich in der oberen Hälfte befindet.

Die Energie, die beim Pumpen verwendet wird, kann beträchtlich sein. Daher ist es wichtig, den Druckabfall in Systemen durch sorgfältige Rohrleitungsplanung und die Verwendung solarbetriebener Pumpen zu minimieren.

Die Mittel zur Verhinderung von Legionellen müssen sorgfältig durchdacht werden, da eine schlechte Planung von Pasteurisierungszyklen die Möglichkeit verringern kann, Wärme von der Sonne abzufangen. Das Hochtemperaturwasser kann um den Tank zirkuliert werden, was jedoch die Temperaturschichtung aufbricht (die normalerweise kühleres Wasser am Boden zurücklassen würde), wodurch die Solarspule weniger effektiv wird.

Sonnenwärme sammeln

Die Auswahl des Kollektortyps hängt unter anderem von seiner Betriebstemperatur und Anwendung ab. Sammler verfügen über mehrere Elemente, die eine einheitliche Leistung und Langlebigkeit gewährleisten, darunter:

  • Die Geometrie und Art des Absorbers.
  • Die Absorberbeschichtung.
  • Das Abdeckmaterial und die Hülle.

Der Grundbetrieb ist auf den "Treibhauseffekt" angewiesen. Einfallende (Hochenergie, kurze Wellenlänge) Sonnenstrahlung durchdringt die transparente oder durchscheinende Oberfläche des Sonnenkollektors und erwärmt eine Metall- oder Kunststoffoberfläche. Die Glasscheiben reduzieren die wieder abgestrahlte Wärme und reduzieren die Wärmekonvektion der heißen, absorbierenden Oberfläche.

Unglasierte (flache Platten) Sonnenkollektoren werden für Niedertemperaturwasseranwendungen (z. B. Schwimmbäder) verwendet, bei denen der Wärmeverlust nicht so groß ist wie bei Paneelen mit höherer Temperatur.

Der Sonnenkollektor

In Großbritannien werden derzeit zwei Haupttypen von Solarkollektoren verwendet:

  • Flachkollektoren.
  • Vakuumröhrenkollektoren.

Es gibt eine Reihe von Varianten in verschiedenen Materialien, wobei die Wahl von der Betriebstemperatur, dem Ort und dem verfügbaren Bereich für die Montage der Paneele abhängt.

Beide Arten von Absorbern können im Betrieb hohe Temperaturen erreichen und müssen daher so konstruiert sein, dass eine dauerhafte und beständige Wärmeübertragung zwischen den absorbierenden Oberflächen und den Rohren / Kanälen, durch die das Fluid fließt, aufrecht erhalten wird, das die Wärme zum Warmwasserspeicher führt. Der Kollektor muss BS EN 12975 - Thermische Solaranlagen und -komponenten erfüllen

Unglasierte Flachkollektoren

Unglasierte Platten werden verwendet, wenn die erforderliche Wassertemperatur nicht mehr als 10 K über der Temperatur der umgebenden Luft liegt. Dies ist für Schwimmbadanwendungen geeignet, jedoch nicht für Warmwassersysteme.

Glasierte Flachkollektoren

Bild: Flachkollektor

Glasierte Flachkollektoren sind am besten geeignet, wenn die Wassertemperatur zwischen 10 und 50 K über der umgebenden Lufttemperatur liegt, und sind daher ideal für Brauchwasseranwendungen geeignet.

Die typische Konstruktion eines glasierten Flachkollektors umfasst eine leichte Metall- oder Polymer-Schale, die eine Isolierschicht (normalerweise Glasfaser) enthält, um einen Wärmeverlust durch Leitung durch die Rückseite des Kollektors zu verhindern. Der "Absorber" ist darauf ausgelegt, die Absorption der Sonnenstrahlung zu maximieren, und weist wahrscheinlich selektive Oberflächenbeschichtungen auf, um den Sonnenertrag zu maximieren und die Rückstrahlung zu minimieren. Für Metallabsorber werden typischerweise schwarze Chrom- oder Nickelbeschichtungen verwendet.

Eine Reihe von Wasserwegen, die an den Absorber gebunden sind, befördern das Wärmeträgerfluid (Wasser oder Glykolgemisch) durch den Kollektor und vom Kollektor weg. Der Kollektor hat eine transparente Glas- oder Kunststoffabdeckung über die gesamte "Öffnung" mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einem hohen Transmissionsgrad, um die einfallende Sonnenstrahlung zu maximieren und Konvektionsverluste zu minimieren. Die Übertragungseffizienzen für qualitativ hochwertige Produkte liegen bei über 90%, die Absorptionsgrade bei 95%, die Emissionen (Verluste) bei 5% und die maximalen thermischen Wirkungsgrade im Jahresverlauf bei rund 78%.

Üblicherweise wird Kupfer für den Schlauch im Kollektor und Aluminium oder Kupfer für die Absorberbleche verwendet (wobei Edelstahl verwendet wird, wenn aggressive Medien durch den Absorber strömen, wie bei direkt gefütterten Schwimmbadplatten). Polymer- und Butylkautschukmaterialien werden für Anwendungen verwendet, bei denen das System für das Einfrieren von reinem Wasser ausgelegt ist. Unabhängig davon, welche Schläuche verwendet werden, muss eine gute thermische Verbindung zwischen den Schläuchen und der Absorberplatte bestehen. Alle Verbindungen zu den Paneelen zusammen mit den unmittelbaren Fluidschleifen werden wahrscheinlich eher durch mechanische Verbindungen als durch Weichlot oder sogar durch Hartlöten hergestellt, da sie hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind.

Um eine gute Leistung zu erzielen, sind Flachkollektoren geneigt montiert oder in einem entsprechend geneigten Süddach zwischen 30 ° und 40 ° zur Horizontalen integriert.

Vakuumröhrenkollektoren

Das evakuierte Rohr arbeitet wie eine Thermoskanne, um den Konvektions- und Strahlungswärmeverlust vom Kollektor an die Umgebung zu reduzieren. Sie enthalten häufig auch eine Form der Fokussierung der reflektierenden Oberfläche, um eine geringere Abhängigkeit von der Sonnenposition zu bieten. Da sie pro Flächeneinheit effektiver sind als Flachkollektoren, benötigen sie eine kleinere installierte Fläche und sind preisgünstig.

Die Konstruktion eines evakuierten Röhrenkollektors unterscheidet sich völlig von der eines glasierten Flachkollektors. Es gibt zwei Haupttypen von Vakuumröhren. Evakuierte Röhrenkollektoren mit direktem Durchfluss und Röhren mit Heatpipe.

Die umgebenden Röhrchen selbst können aus einer einzigen Haut bestehen, oder eher aus einem zweischaligen Dewar-Rohr ("Thermoskanne") aus Borosilikatglas, einem Glas mit hoher Beständigkeit gegen Chemikalien und Wärmeschocks.

In einer üblichen Anwendung (nach dem Entwickler Sydney Sydney bekannt als "Sydney" -Röhre) ist die äußere Röhre transparent, so dass die Sonnenstrahlung leicht durchgelassen werden kann (90% + Durchlässigkeit), und die innere Röhre ist mit einem selektiven Filter beschichtet Beschichtung (z. B. auf Aluminiumbasis) mit hoher Sonnenabsorption und minimaler Reflexion.

Bild: Sydney-Gefäß.

Wenn eine Röhre ein Leck entwickelt, verfärbt sich eine silberfarbene Bariumablagerung im Inneren der Röhre weiß, wenn sie mit Luftsauerstoff reagiert.

Bei evakuierten Röhrenkollektoren mit Direktstrom wird das Wärmeübertragungsfluid in jedem Rohr durch ein Kupfer-U-Rohr gepumpt, und das U-Rohr wird mit einem kreisförmigen Absorber verbunden, der in das Sydney-Rohr geschoben wird. Wärmerohr-Vakuumrohre bestehen aus einem Wärmerohr innerhalb eines Vakuumrohrs. Das Rohr, bei dem es sich um ein abgedichtetes Kupferrohr handelt, wird dann an einer Wärmeübertragungsrippe befestigt, die das Rohr füllt (dies ist die Absorberplatte). Von der Oberseite jedes Rohrs ragt eine Metallspitze, die an dem abgedichteten Rohr befestigt ist. Die Rohre werden mit den Metallspitzen oben in einer Wärmetauscher- oder Verteileranordnung montiert. Wasser oder Glykolgemisch fließt durch den Verteiler und nimmt die Wärme aus den Rohren auf. Das Kupfer an der Spitze des Wärmerohrs kann weit über 150 Grad Celsius erreichen und kann an heißen Tagen Wasser auf 90 ° C und im Winter auf 60 ° C erwärmen.

Eine Selbstbegrenzung macht den Wärmerohrkollektor sehr tolerant gegenüber extremen Temperaturen. Es gibt eine Vielzahl von Variationen der Absorberform, einschließlich der mit integrierten Reflektoren.

Da die Vakuumröhren bei Flachkollektoren globale Sonneneinstrahlung sammeln, ist ihre Effizienz bei niedrigen Einfallswinkeln jedoch höher als bei Flachplatten, so dass sie über einen längeren Zeitraum am Tag und bei tief stehender Sonne effektiver sein können. Sie können praktisch flach auf dem Dach oder vertikal an einer Fassade befestigt werden. Auch wenn der Standort nicht ganz nach Süden ausgerichtet ist, können die Röhren so eingestellt werden, dass die Sonneneinstrahlung maximiert wird.

Die fertigen Vakuumröhrenkollektoren umfassen typischerweise einen Verteiler und eine Reihe von Glasrohren (typischerweise 20 von 30), die parallel geschaltet sind.

Bild: Auf einem Dach montierte Vakuumröhren.

Während Transmissionseffizienzen, Absorptionseffizienzen und Emissionen mit denen von verglasten Flachkollektoren vergleichbar sind, ist die thermische Effizienz aufgrund des Vakuums mit typischen Werten von 83% höher. Die tatsächliche Effizienzsteigerung bei "normalen" Betriebstemperaturen, wie sie bei einem Heißwassersystem verwendet würde, dürfte etwas geringer sein.

Die erhöhte Effizienz (insbesondere bei höheren Temperaturen) führt zu höheren Stagnationstemperaturen. Dies bedeutet, dass die mit einer evakuierten Rohrinstallation verbundenen Materialien bei einer entsprechend hohen Temperatur ausgelegt sein müssen.

Vakuumröhren sind nicht so anfällig für die Positionierung wie flache Platten, sind jedoch schwieriger in das Gewebe eines Gebäudes nahtlos zu integrieren.

Solarthermische Anlagen

Wie bei jeder Heizungs- und Lüftungsanlage sind für die Planung, Installation und Wartung von Solarthermie-Anlagen Fachwissen und Fachwissen erforderlich.

Bei kommerziellen Installationen auf Flachdächern ist es wahrscheinlich kostengünstig, einen entsprechend gestalteten Rahmen bereitzustellen, um eine korrekte Neigung und Ausrichtung des Kollektors zu gewährleisten. Da Kollektoren als Teil des Gewebes verwendet werden können, ist es vorteilhaft, ihre Bedürfnisse (Neigung, Ausrichtung, Befestigung und Zugang) frühzeitig in den Designprozess zu integrieren. Flachkollektoren erfordern wahrscheinlich einen höheren Neigungswinkel als Vakuumröhren.

Das solarthermische System

Die typischen Komponenten einer indirekten Solaranlage sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Dieses und andere Diagramme in diesem Artikel sind vereinfacht und zeigen nicht die vollständige Kontrolle der Effizienz und der Sicherheitsanforderungen. Es ist jedoch zu beachten, dass zwischen dem Kollektor und dem Sicherheitsventil keine Trennmittel angebracht werden sollten.

Bild: Ein geschlossenes Pumpsystem.

Das Wasser, das die Warmwasserauslässe versorgt, ist trinkbar, aber das Primärwasser aus den Sonnenkollektoren kann in indirekten Systemen eine Glykolmischung oder nicht trinkbares Wasser sein. Hinweis: Bei Direktsystemen (die das Brauchwasser direkt in den Kollektoren erwärmen) muss es trinkbar sein.

Um die Wärmekapazität zu maximieren und um Wasser für die Raumheizung zur Verfügung zu stellen, kann das aus dem Solarzylinder abgezogene Wasser eine Temperatur haben, die zu hoch ist, um direkt zu den Warmwasserauslässen zu gelangen. Einige Mischanordnungen oder eine zweite, niedrigere Temperatur werden verwendet, um sichere Temperaturen zu gewährleisten.

Das Design der Systeme und ihre Installation sollten insbesondere Folgendes verhindern:

  • Verbrühungsgefahr durch Dampf oder heißes Wasser. Eine ausfallsichere Steuerung ist erforderlich, um die Temperaturen an den Wasserauslässen sicher zu halten.
  • Einfrieren von Flüssigkeiten an Stellen, an denen Leitungen und Sicherheitsventile beschädigt oder verstopft werden können.
  • Ansammlung von Feststoffen oder Bakterien. Insbesondere in direkten Systemen ist möglicherweise eine Wasseraufbereitung erforderlich.
  • Legionellenbakterien entwickeln sich im verbrauchten Trink- oder Duschwasser. Der Systembetrieb muss die Anforderungen des HSE-Verhaltenskodex L8 zur Bekämpfung von Legionellen erfüllen. Dies führt normalerweise zu einem Verlust der saisonalen Gesamteffizienz, da eine Zusatzheizung erforderlich ist und in Betrieb bleiben muss.
  • Verschlechterung der Wasserqualität durch Kontakt mit Materialien und Armaturen während einer Stagnation. Durch die Überdimensionierung der Systeme werden die Chancen einer Stagnation wahrscheinlicher.
  • Rückfluss oder Thermosiphon von erwärmtem Wasser in eine Kaltwasserzisterne.
  • Schichtstörung im Solarspeicher während des normalen Betriebs. Dies wird in Sterilisationszyklen gestört.
  • Verlust der dedizierten Solarspeicher. Systeme, die für den Betrieb mit Speicher entwickelt wurden, stagnieren, wenn sie ohne verfügbaren Speicher ausgeführt werden.
  • Flüssigkeitsverlust aus dem System durch Überlauf. Jede Flüssigkeit, die verloren geht, muss ersetzt werden. Dies beeinflusst die Zusammensetzung der Frostschutzadditive und lässt auch mehr Sauerstoff und Feststoffe in das System ein. Das Ausdehnungsgefäß sollte groß genug sein, damit bei Stillstand kein Flüssigkeitsverlust durch die Sicherheitsvorrichtung verursacht wird. In geschlossenen Systemen kann ein Wärmeabfuhrmechanismus, typischerweise ein Kühler, verwendet werden, um Wärme abzuleiten, wenn der Warmwasserspeicher keine weiteren Kapazitäten aufnehmen kann.

Systeme in Großbritannien sind wahrscheinlich entweder eine vollständig gepumpte oder eine Rücklaufkonfiguration. In Klimazonen, in denen ein Einfrieren unwahrscheinlich ist, können syphonische Systeme verwendet werden, deren Anwendung in Großbritannien jedoch unwahrscheinlich ist.

Voll gepumpte Systeme

Dies ist der vorherrschende Systemtyp, der in Wohnimmobilien bis hin zu großen kommerziellen und industriellen Anwendungen eingesetzt wird. Sie sind im Allgemeinen so ausgelegt, dass die freiliegenden Komponenten keine gefrorenen Flüssigkeiten tolerieren, und müssen daher Wasser, einschließlich Glykol-Frostschutzmittel, in einem geschlossenen Kreislauf zirkulieren lassen, der vom Trinkwasser mit heißem Brauchwasser getrennt ist, um die Wärme im Zylinder auszutauschen.

Bild: Eine einfache versiegelte Solaranlage .

Einige Systeme sind mit Materialien und Rohrleitungen erhältlich, die Gefrierwasser aufnehmen können. Diese können Trinkwasser in einem direkten System verwenden, sodass kein Warmwasserwärmetauscher erforderlich ist. Da das Wasser kontinuierlich aufgefrischt wird, ist möglicherweise eine Wasseraufbereitung erforderlich, um eine Ansammlung von Zunder oder Feststoffen zu verhindern.

Bild: Direktes Solarsystem mit Trinkwasser.

Temperatursensoren vergleichen die Temperatur im Kollektor und im Speicher. Wenn Wärme verfügbar ist und benötigt wird, schaltet sich die Pumpe ein, normalerweise, wenn der Boden des Speichers 6 bis 10 K kühler ist als der Kollektor.

Wenn Wärme verfügbar ist, der Laden aber bereits auf Auslegungstemperatur ist, besteht die Gefahr einer Stagnation. Einige Systeme verfügen über eine zusätzliche Schaltung, um diese Wärme abzuleiten. Stillstand tritt auf, wenn das Sonnensystem keinen Ort hat, um die von der Sonne gesammelte Wärme abzustellen. Unter diesen Bedingungen können Flachplattensysteme Temperaturen von über 170 ° C erreichen und evakuierte Rohre über 200 ° C. Bei diesen Temperaturen wird in indirekten Systemen das Propylenglykol saurer und die Wirksamkeit des Glykols als Frostschutzmittel wird nachlassen. Geschlossene Systeme müssen so ausgelegt sein, dass sie mit einem Ausdehnungsgefäß etwas Sieden (und Expansion) aufnehmen können, oder sie geben Flüssigkeit durch das Sicherheitsventil ab, was gefährlich sein und ein Wartungsproblem verursachen kann.

Wenn zu erwarten ist, dass Systeme während Zeiten hoher Sonneneinstrahlung unbeaufsichtigt bleiben oder ungenutzt bleiben, müssen geeignete Vorkehrungen getroffen werden, um den möglicherweise schädlichen Wärmestau zu steuern.

Das Rückschlagventil verhindert die Umkehrung der Schwerkraft, um den Wasserspeicher abzukühlen. Dies kann sonst auftreten, wenn die Pumpe nicht in Betrieb ist und der Kollektor kältere, dichtere Flüssigkeit enthält, als dies bei Nacht üblich wäre.

Pumpen in solchen Systemen müssen laut Bauverordnung weniger als 50 W oder weniger als 2% der maximalen Wärmeleistung des Kollektors verbrauchen, je nachdem, welcher Wert höher ist.

Drainback-System

Das Drainback-System verwendet eine Differenztemperatur-Pumpensteuerung, um die Temperatur im Kollektor und im Speicher zu vergleichen. Wenn Wärme verfügbar ist und benötigt wird, schaltet sich die Pumpe ein. Die Pumpe saugt Flüssigkeit vom Boden des Drainbackgefäßes an und pumpt sie durch die Oberseite der Sonnenkollektoren, um durch die Schwerkraft zum Drainbackgefäß zurückzukehren. Wenn das System nicht verwendet wird oder wenn keine Wärme nachgefragt wird, schaltet die Pumpe ab und das Wasser läuft von den Kollektoren in den Ablassbehälter.

Bild: Ein einfaches Drainbacksystem.

Die Rückführung verhindert unerwünschte Rückströmung und Überhitzung und Stagnationsrisiken, ist jedoch praktisch auf Anwendungen im Wohnbereich beschränkt.

Die beanspruchten Vorteile eines Drain-Back-Systems sind:

  • Die Schwerkraft ist ausfallsicher und wartungsfrei.
  • In der Sammelschleife kann Wasser (oder eine Glykolmischung) verwendet werden.
  • Das System wird nicht beschädigt, wenn die Pumpe ausfällt.
  • Das System kann den Thermosyphon nachts nicht umkehren.
  • Kollektorplatten halten wahrscheinlich länger als in einem unter Druck stehenden Glycolsystem.

Es gibt jedoch auch Nachteile:

  • Sammler und Rohrleitungen müssen nach oben und zum Behälter hin abfallen.
  • Größere Rohrleitungen und Isolierungen müssen verwendet werden.
  • Es gibt relativ große Pumpanforderungen, insbesondere wenn die Konstruktion mehrstöckige Gebäude umfasst.
  • System- und Pumpensteuerungen kosten etwa 10% der Solareinsparungen (Photovoltaikpumpen sind nicht stark genug).
  • Komponenten kosten etwa 10-15% mehr als ein Glykolsystem.
  • Systeme können laut sein.

Wärmespeicher und Kombisysteme

Ein Wärmespeicher wird benötigt, um die solare Beheizung praktikabel zu machen. Bei kleinen Wohnanwendungen teilt dies häufig die Funktion des Warmwasserspeichers mit. Bei indirekten Systemen befindet sich eine zweite Spule im unteren Teil des Zylinders, um die Wärme von den Sonnenkollektoren in das Trinkwasser zu tauschen.

Bild: Schnitt durch einen zweckgebauten Speicher für Solarthermie.

Größere Anwendungen im Nichtwohnbereich verwenden gewöhnlich einen zusätzlichen Speicherbehälter, der als vorgeheizte Beschickung für das herkömmliche Warmwasserheizsystem dient. Bei einer Schwimmbadinstallation fungiert der Pool selbst als Wärmespeicher.

Zweckmäßig entworfene Wärmespeicher werden immer häufiger, wenn die Wärme von Sonnenkollektoren dazu verwendet wird, Wasser indirekt in dem Speicher vorzuwärmen, der dann direkt von der Zusatzheizung (z. B. einem Gaskessel) erhitzt wird.

Dieses Wasser liefert dann (nicht trinkbares) primäres Heizungswasser, und eine Spirale wird in den Zylinder eingetaucht, um sofort Wärme für das Brauchwarmwasser bereitzustellen. Diese Systeme werden als "Kombisysteme" bezeichnet.

Die Größe des Geschäfts ist ebenso wichtig wie die Kollektoren, um sicherzustellen, dass der maximale Nutzen aus dem System erzielt wird. Mit der zunehmenden Nutzung von Solarsystemen werden in Großbritannien dedizierte Solarkollektoren (getrennt von der Trinkwassererwärmung) verwendet. Die Größe des dazugehörigen Solarspeichers hängt von der Art und Häufigkeit der Nutzung des Warmwassers im Gebäude ab. Ihre Aufgabe ist es, einen Speicher für Solarwärme bereitzustellen, der nicht sofort vom Gebäude genutzt wird. Informationen aus Deutschland legen nahe, dass für großflächige Installationen mit relativ konstanter Nutzung der Wochentage eine Lagerung von etwa 50 Litern pro m² Kollektorfläche erforderlich ist, und für diejenigen, bei denen verbrauchsfreie Wochentage verbrauchsfrei sind, 60-70 Liter pro m² Kollektorfläche.

Faktoren, die vor der Installation zu berücksichtigen sind

Es gibt eine umfassende Liste von Faktoren, die vor der Installation in den Solar-Wasserheizungssystemen des Energy Savings Trust berücksichtigt werden sollten - Richtlinien für Fachleute und herkömmliche indirekte Modelle. Diese schließen ein:

  • Hausbewohner wie Wassernutzungsmuster.
  • Schattierung. Der saisonale Einfluss von Bäumen und lokalen Gebäuden.
  • Neigung und Ausrichtung des Kollektors. Die Einschränkungen der jeweiligen Dach-, Wand- oder Bodenbefestigung.
  • Kollektorbefestigungsbereich, Struktur und Abdeckung. Die Methoden, mit denen der Collector repariert werden kann.
  • Zugang zum Kollektorstandort, sicherer Zugang für Installation und Service.
  • Warmwasser-Wärmequellen. Um zu bestätigen, dass die Zusatzheizung koexistieren kann und in Verbindung mit der Solarthermie arbeitet.
  • Vorwärmespeicherorte. Stellen Sie sicher, dass die Möglichkeit besteht, geeignete Vorheizanlagen zu integrieren (falls erforderlich).
  • Sekundärer Wasserdruck und Qualität.

Dieser Artikel wurde hier mit freundlicher Genehmigung der Building & Engineering Services Association reproduziert. Der Originalartikel sowie andere Ressourcen sind auf der Website www.b-es.org zu finden

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