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Installation und Verrohrung von Solarthermieanlagen

Bei Solaranlagen wird zwischen Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung und Solaranlagen für die Warmwassererzeugung unterschieden.  

Solaranlagen für die Warmwassererzeugung werden üblicherweise für die Warmwasserbereitstellung im Haushalt, für die Schwimmbaderwärmung, für die Heizungsunterstützung und für die Prozesswärmeerzeugung eingesetzt. Sie bieten somit eine sinnvolle Alternative zur herkömmlichen Warmwasserbereitung. Überwiegend werden heute Zweikreisanlagen eingebaut.  

Dabei wird im ersten Kreis ein Wärmeträgermedium (Wasser-Frostschutz-Gemisch) durch den Kollektor gepumpt und die aufgenommene Wärme über einen Wärmetauscher im Warmwasserspeicher an das Trinkwasser abgegeben. Im zweiten Kreis wird das erwärmte Trink-wasser zum Verbraucher geführt. 

Bei Einkreisanlagen wird das Wasser direkt durch den Kollektor geführt und erwärmt. Dieses System wird mitunterbei der Erwärmung von Schwimmbadwasser ohne Frostgefahr angewendet. Einkreisanlagen in frostgefährdeten Ländern müssen über eine entsprechende Regelung absperr- und entleerbar sein.  

Die richtige Dimensionierung der Anlage ist die Voraussetzung für einen zufriedenstellenden Betrieb. Für Kleinanlagen in Ein-/Zweifamilienhäusern kann man von einem Wasserverbrauch von rund 50 l Warmwasser pro Person und Tag ausgehen. Bei einer Temperaturvorgabe von 50 °C und den notwendigen Reserven für strahlungsärmere Tage sollte die Kollektorfläche in etwa 2 m² pro Person betragen.  

Solar Platten

Werkstoffe für die Verrohrung 

Geeignete Werkstoffe für die Rohre des Solarkreises bieten: 

  • eine ausreichende Temperaturbeständigkeit 

  • Glykolbeständigkeit 

  • eine hohe Druckbeständigkeit 

  • für den Außenbereich notwendige Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit (keine verzinkten Rohre) 

Warmwasserspeicher 

Der Warmwasserspeicher sollte zur Bevorratung von Warmwasser für strahlungsärmere Tage ein Volumen vom 1,5 bis zum 2-fachen Tagesverbrauch an Warmwasser pro Person umfassen, d.h. etwa 100 Liter pro Person.  

Speicher sollten eine schlanke, zylindrische Form aufweisen, damit eine gute Temperaturschichtung entsteht. Der Speicher sollte mit einer mindestens 10 cm dicken enganliegenden und lückenlosen Wärmedämmung versehen sein, um Wärmeverluste zu minimieren.  

Solarkreislauf 

Der Solarkreislauf dient dem Wärmetransport zwischen Kollektor und Wärmetauscher im Warmwasserspeicher. Der Kreislauf sollte so kurz wie möglich sein, für Anlagen in Ein-/Zweifamilienhäusern ist meist ein Leitungsdurchmesser von 15 mm oder 18 mm ausreichend. Die hohen Temperaturen von über 110 °C im Kollektor und im Kollektorkreis erfordern zudem abgestimmte Wärmedämmungen der Rohrleitungen.  

Im Außenbereich muss die Wärmedämmung zudem der UV-Strahlung, der Witterung und Vogelfraß widerstehen. Dort sind deshalb UV-beständige und / oder verblechte Werkstoffe mit entsprechender Temperaturbeständigkeit einzusetzen. Häufig verwendete Schaumwerkstoffe, die nur für Heizungsanlagen bis 90 °C ausgelegt sind, versagen hier oft bereits nach wenigen Tagen.  

Für die Anforderungen des Kollektorkreises sind spezielle geschäumte Werkstoffe auf dem Markt. Zu-dem besteht die Möglichkeit der Wärmedämmung durch Stein- oder Glaswolle sowie Melaminharz. Die Rohrleitungen sind gemäß den Dämmdicken der Heizungsanlagenverordnung gegen Wärmeverluste zu dämmen. In kleineren Anlagen für Ein-/Zweifamilienhäuser beträgt die gängige Durchflussrate 30 bis 50 Liter pro m² Kollektorfläche. Die Druckprüfung ist nach Angaben des Solaranlagenherstellers durchzuführen. 

Befindet sich die Solaranlage im Stillstand – weil z. B. der Speicher bereits voll aufgeladen ist und kein Verbrauchstattfindet oder die Kollektorkreispumpe nicht in Betrieb ist – kann sich bei weiterer Sonneneinstrahlung in den Kollektoren Dampf bilden. Der Dampfraum entspricht in der Regel dem Kollektorvolumen und einem kurzen Stück der Anschlussleitungen. 

In üblichen Flach - Kollektoren werden Stillstandtemperaturen von bis zu 250 °C erreicht, in Vakuumröhrenkollektoren sogar bis zu 350 °C. Bei Wiederinbetriebnahme der Anlage nach einer solchen Stillstandsphase können im Solarkreislauf über einen sehr kurzen Zeitraum recht hohe Temperaturen auftreten. Messungen des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) zeigen, dass bei nicht gefülltem Flachkollektor - also während der Bauphase bei Sonneneinstrahlung - am Kollektor ca. 160 °C bei Stillstandstemperatur (210 °C Kollektortemperatur) auftreten können. Dies kann in Abhängigkeit von der Witterung je nach Baufortschritt u. U. mehrere Monate lang der Fall sein. EPDM-Dichtringe würden hier bereits eine Vorschädigung erfahren - ohne, dass die Anlage überhaupt in Betrieb gegangen ist.  

Als Fittings für Kupferrohre wird daher der Einsatz von SANHA®-Pressfittings aus Kupfer (Serie 12000/13000) empfohlen. Alternativ bieten sich das SANHA®-NiroSan®-Presssystem der Serie 18000 (Edelstahl) oder NiroTherm® Industry (Serie 98000) an.  

Beide Presssysteme s.a. https://www.sanha.com/de/ueber-sanha/news-und-presseinformationen/meldung/5-gruende-fuer-pressfittings/) haben aufgrund des FKM-Dichtrings eine höhere Temperaturbeständigkeit und sind für Wasser-Glykol-Gemische in allen Mischungsverhältnissen geeignet. Bei Spitzentemperaturen wie oben beschrieben stoßen jedoch auch FKM-Dichtringe an ihre Grenzen. Daher sollte das Rohrleitungssystem nicht direkt an die Kollektorfläche angeschlossen, sondern ein Abstand von mindestens 3 Metern eingehalten werden. 

Bei Vakuumröhrenkollektoren empfiehlt es sich, die Verbindungen von Kollektor und Solarkreislauf sowie die übrigen Verbindungen im Solarkreislauf selbst mittels Hartlötung auszuführen, da an den Übergangsstellen und an den weiteren Verbindungen zwischen Rohr und Formteilen beim Wiederanfahren der Anlage nach Stillstand Temperaturen von bis zu 280 °C auftreten können. 

Leitungsführung 

Vor- und Rücklauf sind mit Gefälle zu verlegen, damit die Anlage im Bedarfsfall entleert werden kann. Für den Solarkreislauf ist der Längenänderung der Rohre besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Da aufgrund der hohen zu erwartenden Temperaturdifferenzen sich die Kupfer- oder Edelstahlrohre im Vergleich mit einer herkömmlichen Warmwasserinstallation um ein Mehrfaches ausdehnen. Dieser Längenausdehnung muss durch entsprechende Befestigung (Kompensatoren) und dem Einbau von Ausdehnungsbögen bzw. Biegeschenkeln in der Leitung Rechnung getragen werden. Solarleitungen werden analog der Auslegung von Heizungsleitungen bemessen.