Solarenergie: Solarspeicher

Solaranlage mit Wärmespeicher

Solarspeicher Wärmespeicher

Die Solaranlage dient zur Brauchwassererwärmung und zum Beheizen des Hauses. Das Haus liegt in knapp 1000m Höhe, was zur Folge hat, dass auch bei Wetterlagen mit Talnebel etc. dort oben noch die Sonne scheint; aber auch in Norddeutschland dürfte man ähnliche Effekte zumindest mit einer grösseren, z.B. doppelten Fläche an Solarkollektoren (also 40m2) und evtl. mehr Speichervolumen erzielen.

Funktionsweise: In 20 qm Vakuum-Solarkollektoren wird durch die Sonnenstrahlung nicht direkt das Brauchwasser sondern zunächst ein Glykol-Wasser-Gemisch erwärmt. (Grund: die Anlage soll ja vor allem auch im Winter Wärme liefern und in den Nächten frostsicher sein).

Pro Quadratmeter trifft bei Sonneneinstrahlung eine Wärmeenergie von 1000 Watt (im Winter kann man pauschal ca. 500 Watt ansetzen) auf die Solarkollektoren. Der Wirkungsgrad von heisswasser-Sonnenkollektoren ist mit 65-90 % erheblich grösser als der von elekrischen-, also Photovoltaikmodulen, so dass pro qm locker 400-700 Watt an Wärmeenergie von der solaren Kühlflüssigkeit aufgenommen werden können.
Der Kreislauf mit dem Wasser - Glykolgemisch wird bei Überschreiten einer einstellbaren Temperaturdifferenz (dazu dient ein sogenannter Solarregler) per elektrischer Pumpe in Gang gesetzt. Die Solarflüssigkeit wird in einen Wärmetauscher geleitet, der den Solarspeicher - genauer: den Wärmespeicher aufheizt.

Solarspeicher / Wärmespeicher (Bild rechts), Prinzip: Der Trick bei einem Schichtspeicher als Solarspeicher besteht darin, dass sich oben das heisseste Wasser und unten das kälteste Wasser sammelt. Das hat zur Folge, dass in den Solarkollektor nicht, wie sonst üblich, mehr oder minder schon bereits stark erwärmtes Wasser gelangt, sondern gezielt immer nur das allerkälteste Wasser des gesamten Systems, was den Wirkungsgrad der Kollektoren (bzw. die dort absorbierte Wärmemenge) verbessert. Besonders im Winter kann man dadurch (zusammen mit den gut isolierten Vakuum-Kollektoren) bereits dann schon zumindest den unteren Bereich des Wärmespeichers erwärmen, wo hingegen Systeme ohne Schichtspeicher als Solarspeicher eine unnötig höhere Vorlauftemperatur haben. Wärmetauscher Solarspeicher

noch mehr Wärme speichern durch Kristallisationswärme:

Alternativ kann man den Solarspeicher mit Salzen wie Natriumacetat (genauer: Natriumacetat-Trihydrat, 58°C Schmelztemperatur, 160J/g) oder Glaubersalz (Natriumsulfat, Schmelzpunkt 32,5°C) füllen, die bei Erwärmung schmelzen und beim Auskristallisieren dann wieder ihre Kristallisationswärme abgeben. Dieser Phasenübergang speichert noch etwas mehr Wärme als Wassser - allerdings kostet eine solche Füllung natürlich auch mehr.



Auch im Winter sollte selbst bei Minusgraden problemlos - zumindest, wenn die Sonne scheint - eine Vorlauftemperatur von 40 Grad und mehr erreicht werden, so dass diese Temperatur sowohl für Badewasser als auch für Fussbodenheizungen vollkommen ausreicht. Allerdings kommt es nicht nur auf die Temperatur an, sondern auch sehr auf die Menge des erwärmten Wassers; jedes Solarsystem kann man durch Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit auf sehr hohe Temperaturen bringen, so dass der Laie dann denkt, er hat eine besonders gute Solaranlage, weil seine 70 Grad statt wie beim Nachbarn nur 50 Grad liefert. Nur: 10 liter Wasser mit 70° enthalten eben sehr viel weniger Energie als 50 l mit 40° ! (genauer: 10 l Wasser, die man auf 70°C erwärmt, enthalten bei z.B. 20° Anfangstemperatur nur ca. die Hälfte von 50l mit 40°, ergibt sich aus Temperaturdifferenz mal Volumen).

Mischer am Solarspeicher (click to enlarge - anklicken zum Vergrößern) Die Wirtschaftlichkeit / Amortisation der Solaranlage konnte mit ein paar Umbauten / Modifikationen (vor allem: Plazierung des Messfühlers!) noch wesentlich verbessert werden.


Wenn Brauchwasser entnommen wird, erwärmt ein Wärmetauscher im Wärmespeicher das durchströmende kalte Leitungswasser. Damit es stets eine gleichbleibende Temperatur hat, wird es noch in einem mechanischen, vollautomatisch arbeitenden Mischer mit kaltem Wasser vermischt (Bild rechts).

Da das (Brauch-)Wasser erst unmittelbar vor dem Gebrauch erwärmt wird, hat man durch die Verwendung des Wärmetauschers im Solarspeicher selbst bei niedrigen Temperaturen von 30-40 Grad keinerlei Probleme mit Legionellen oder anderen Krankheitserregern. Letztere können sich immer dann vermehren, wenn Wasser (und zwar das Brauchwasser, nicht die etwaige Wasser-Glykolmischung im Wärmespeicher vor dem Wärmetauscher, denn da ist´s wegen der Trennung der Kreisläufe egal) tagelang lauwarm gehalten wird, wie es bei manchen Solarsystemen z.B. im Winter vorkommen kann - oder in Schwimmbädern etc.. Zusatzheizung im Solarspeicher für dunkle Zeiten (anklicken zum Vergrößern)


Links: die in den Wärmespeicher von der Seite eingeschraubte Heizpatrone (Heizstab) der Zusatzheizung, falls der Speicher in länger anhaltenden dunklen Zeiten einmal zu sehr abkühlt.



Primär dient die Solaranlage der Brauchwassererwärmung. Das besondere "Zuckerl": Jeglicher Überschuss des Systems geht jedoch in einen speziellen niedertemperatur-Aluminium-Flächenheizkörper (Bild links), der mit bis zu 4 kW das Innere des Hauses erwärmt, so dass zu zwei Drittel bis Dreiviertel des Jahres nicht oder kaum noch zusätzlich geheizt werden muss.

Das das Haus zuvor perfekt mit einer 20cm Styroporisolierung wärmegedämmt wurde, dient die Steinmasse der Wände und des Untergrundes dabei als grosser Wärmespeicher.
Wie gross der solare Deckungsgrad dann wirklich in der Praxis ist, wird sich demnächst herausstellen, mehr dazu z.B. auch hier: Gedanken zum Bau einer Solaranlage / Deckungsgrad: www.kaminfeuerfan.de/dimension.html

..weitere Bilder der Solaranlage hier.

Solarspeicher

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