Solarthermie ist eines der Kompetenzziele im Bereich erneuerbare Energien in der Ausbildung zum Anlagenmechaniker SHK. Wir gehen Flach- und Vakuumröhrenkollektoren durch, den Solarkreis mit Frostschutz, die Stagnation, den Solarspeicher und wie Fläche und Speicher gegen den Warmwasserbedarf dimensioniert werden — sowie das Zusammenspiel von Solarthermie mit Wärmepumpe und Fernwärme.
Einleitung
Eine Solarthermieanlage wandelt Sonnenstrahlung in einer Flüssigkeit in Wärme um und nutzt sie für Warmwasser und gegebenenfalls etwas Raumwärme. Im Unterschied zu Solarzellen, die Strom erzeugen, erzeugt der Kollektor Wärme direkt — und diese Wärme muss transportiert, gespeichert und frostsicher gemacht werden. Es ist deshalb eine Installationsanlage und gehört als Thema der erneuerbaren Energien zum Fach.
Kollektortypen
Zwei Haupttypen dominieren, und die Wahl ist eine Abwägung zwischen Preis und Leistung bei niedrigen Außentemperaturen:
- 01Flachkollektor: ein gedämmter Kasten mit einem dunklen Absorberblech hinter einer Abdeckung aus gehärtetem Glas. Robust und am günstigsten pro m²; der verbreitetste Typ für Brauchwasser in Einfamilienhäusern.
- 02Vakuumröhrenkollektor: Der Absorber sitzt in luftleeren Glasröhren, die den Wärmeverlust an die Umgebung nahezu ausschalten. Er leistet bei niedriger Außentemperatur und großer Temperaturdifferenz relativ mehr (z. B. im Winter oder bei hohen Vorlauftemperaturen), ist aber teurer und empfindlicher gegenüber Schneelast.
Die Leistung des Sonnenkollektors wird nach DS/EN ISO 9806 standardisiert gemessen, und Produkte mit Solar-Keymark-Zertifizierung haben dokumentierte Leistungskennlinien, auf die man sich verlassen kann. Verwende die zertifizierten Daten — keine losen Behauptungen — wenn eine Anlage dimensioniert werden soll.
Der Solarkreis
Der Sonnenkollektor gehört zu einem geschlossenen Kreis mit einer eigenen Flüssigkeit (Solarflüssigkeit), die niemals mit dem Trinkwasser vermischt wird. Der Kreis besteht typischerweise aus:
- 01Sonnenkollektor auf Dach/Fassade, angeschlossen an eine gedämmte Vor- und Rücklaufleitung.
- 02Solarstation mit Umwälzpumpe, Sicherheitsventil, Manometer, Luftabscheider und Ausdehnungsgefäß.
- 03Ein Differenzthermostat/eine Steuerung, die die Pumpe startet, wenn der Kollektor einige Grad wärmer ist als der Boden des Speichers, und sie wieder stoppt, wenn die Sonne nicht mehr beitragen kann.
- 04Ein Wärmetauscher (typischerweise eine Wendel im Boden des Solarspeichers), der die Wärme an das Brauchwasser überträgt.
Stagnation — wenn die Sonne scheint, die Wärme aber nicht abgenommen wird
Im Sommer kann der Solarspeicher vollständig durchgeheizt sein, während die Sonne weiter scheint. Dann stoppt die Regelung die Pumpe, doch der Kollektor sammelt weiter Strahlung — und die Temperatur in ihm kann stark ansteigen, bis die Flüssigkeit verdampft. Das nennt man Stagnation, und eine Solarthermieanlage muss darauf ausgelegt sein: Bauteile und Solarflüssigkeit müssen der Stagnationstemperatur standhalten, und das Ausdehnungsgefäß wird so dimensioniert, dass es die Dampfbildung aufnehmen kann, ohne dass das Sicherheitsventil Flüssigkeit abbläst. Wiederholte Stagnationen bauen das Glykol mit der Zeit ab, deshalb ist die Solarflüssigkeit zu kontrollieren (pH-Wert/Frostschutz) und nach Herstellerangabe zu wechseln.
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