Solarpatent von 1902 für die Wassererwärmung.

Solaranlagen zur Warmwasserbereitung  - Einpeichersystem

Solarkollektoren sammeln Sonnenlicht und wandeln es in Absorbern in Wärme um. Die Solarkollektoren werden möglichst nach Süden ausgerichtet und gegen die Sonne geneigt. Im Jahresmittel liegt die optimale Neigung in Deutschland zwischen 30 bis 60°, wobei geringe Abweichungen von der Südorientierung oder des Neigungswinkels den Ertrag nur wenig reduzieren.

Die Absorber - Metallbleche - werden zur Steigerung der Strahlungsaufnahme schwarz gefärbt. Die Absorberstreifen sind mit Rohren verbunden, die von einem frostsicheren Wärmeträger, in der Regel einem Wasser-Alkohol-Gemisch, durchströmt werden. Die Wärme wird von dem Wärmeträger aufgenommen und in einen Solarwärmespeicher weiter transportiert. Da die Zeit der Sonneneinstrahlung und der Verbrauch von Wärme zeitlich oft auseinander liegen, ist  ein Speicher für die Wärme wesentlicher Bestandteil eines Solarsystems. Der Speicher soll die Wärme solange vorhalten bis sie nachgefragt wird.

Typische Anlagen zur reinen Wasser- erwärmung bestehen aus einem Zweikreissystem, in dem der Solar- wärmekreis vom Brauchwasserkreis getrennt ist.

Der Solarwärmekreis transportiert - angetrieben durch eine Pumpe - die Wärme zum Wärmetauscher, der die Wärme an den Brauchwasserspeicher abgibt.

Die Regelung ist so angelegt, dass die Pumpe in Gang gesetzt wird, sobald die Temperatur im Kollektor einige Grade über der Temperatur im Speicherteil der Anlage liegt. Im Sommer  reicht die gewonnene Sonnenwärme meist für den gesamten Warmwasserbedarf. In den Wintermonaten, wenn das Strahlungsangebot der Sonne geringer ist, muss das solar vorgewärmte Wasser zusätzlich konventionell - über den Heizkessel - erwärmt werden.
Neuere Systeme nutzen die gewonnene Solarwärme sehr effektiv, so dass das solar erwärmte Wasser sehr schnell zur Verfügung steht. Eine optimale Wärmedämmung der Solarspeicher verhindert zu starke Wärmeverluste.

Selbstentleerende Solarkollektoren oder Drain Back Anlagen

Wozu ein DrainBack System?

Moderne Solaranlagen sind sehr leistungsfähig und werden heutzutage häufig auch zur Unterstützung der Heizung eingesetzt. Dies bedarf einer relativ großen Kollektorfläche, was bei geringer Heizlast im Sommer  zwangsläufig zu einer Überproduktion von Wärme führt. Die Folge sind hohe Temperaturen in der Solaranlage und dies kann zu folgenden Problemen führen:

• Überhitztes Glykol; die Folge ist eine Zersetzung des Solarflüssigkeit.
• Zu hohe Drücke und auftretende Dampfschläge.
• Häufig verschmutzte Rückschlagsklappen und Bauteile im Solarkreislauf.
• Lufteinschlüsse und somit keine Umwälzung und kein Wärmegewinn mehr.

Das patentierte DrainBack System, der DrainMaster und die DrainBox lösen all diese Probleme.

Solaranlagen mit Warmwasserbolier und Pufferspeicher - Zweispeichersystem

Der Zweispeicheranlage ist seine historische Abstammung anzusehen - die Solaranlage zur Brauchwasser- erwärmung wurde um einen weiteren Speicher für die Heizung ergänzt. (siehe Bild rechts).
Bei der solarunterstützten Trinkwasser- erwärmung und Raumheizung hat der Speicher mehrere Funktionen:
Er dient sowohl als Wärmespeicher für die Solaranlage, als auch zur Erwärmung des Trinkwassers und ggf. auch als Pufferspeicher für den Heizkessel.
Von Vorteil ist, dass einfache Speicher einsetzbar sind und dass die relativ geringen Temperaturen am Solarkreis-Wärmetauscher sich günstig auf den Kollektorwirkungsgrad auswirken. Nachteilig ist der größere  Wärmeverlust zweier Speicher gegenüber dem gleich gedämmten Einzelspeicher.

Kombispeicher - Duospeicher

Diese Speicher dienen für die solare Trinkwasserbereitung und zusätzlich als Pufferspeicher für den Heizkessel. Solche Anlagen eignen sich für den Einsatz mit Holzheizkesseln, für die ein Puffervolumen zwingend notwendig ist. Dabei werden  hauptsächlich Kombispeicher eingesetzt, die sich vor allem durch die Art der Trinkwasser- erwärmung und die solare Beladung unterscheiden.

Bei Kombispeichern mit eingebautem Brauchwasserspeicher spricht man oft von  Duospeichern.

Dabei wird ein Brauchwasserbehälter in einen Pufferspeicher, der mit Heizungswasser gefüllt ist, eingebaut.
Die Wärmequelle ist der Heizkessel und die Solaranlage. Das Brauchwasser wird durch das umliegende Heizungswasser erwärmt.

Das Heizsystem ist dabei direkt an den Pufferspeicher angeschlossen. Vorteilhaft sind günstige Montagekosten und kompakte  Bauweise. Nachteilig wirken sich die relativ schlechte Schichtung des Pufferwassers sowie eine träge Brauchwasser-Erwärmung aus.

Diese Speicher können in Kombination mit  einem Gas- / Ölkessel oder Holzheizkesseln als Puffer eingesetzt werden. dabei wird ein häufiges Takten des Brenners mit entsprechenden Schadstoffemissionen und schlechtem Kesselwirkungsgrad vermieden.

Kombispeicher - Helixspeicher

Diese Art von Pufferspeicher ist von oben bis unten gleichmäßig mit einem sehr großen innen liegenden Gleichstrom- Warmwasser-  Wendelwärmetauscher ausgestattet. Um den Druckverlust klein zu halten, muss dieser Wärmetauscher weite Rohre und damit sowohl einen beträchtlichen Inhalt haben als auch verhältnismäßig schlechte Wärmeübertragungswerte aufweisen. Der Solarwärmetauscher ist häufig unten im Speicher eingebaut und übergibt die Solarwärme an das Pufferwasser. Die Einschichtung ist dabei auf das Schwerkraftprinzip beschränkt.

Weil der untere Teil  der Wärmetauscherwendel bereits als Warmwasser-Vorwärmung arbeitet, wird der Puffer etwas besser genutzt als bei einer flachen Wendel – allerdings nur aufgrund der enormen Größe des Wärmetauschers und nur, wenn der Puffer von oben bis unten durchgeladen bzw. aufgeheizt ist.

Mitunter ist auch bei diesen Speichern von Frischwasserbereitung die Rede, doch das ist meistens irreführend und ungerechtfertigt, weil der Trinkwasserinhalt  unter Umständen mehr als zehn Mal so groß ist wie bei wirklichen Frischwasserspeichern.

Pufferspeicher mit Frischwassersystemen

Diese Art der Speicher haben in der Regel keinen Solarwärmetauscher eingebaut. Die Solarwärme über einen externen Wärmeübertrager in den Speicher eingespeist. Die Speicher sind zum Teil mit Schichtleiteinrichtungen für die Solareinspeisung versehen.

Die Warmwasserbereitung erfolgt dabei in der Regel mit einem externen Wärmetauscher in einer so genannten Frischwasserstation.

Dabei wird das Brauchwasser nur bei Bedarf hygienisch frisch erwärmt und nicht bevorratet. Dies hat den Vorteil, dass die Legionellenvermehrung nahezu ausgeschlossen ist. Die Schichtung bleibt im Speicher, heißes Wasser oben und kühleres Wasser unten, erhalten. Ein Beispiel sehen Sie unten.

Um eine optimale Funktion zu gewährleisten, ist es wichtig eine  abgestimmte Steuerung zu verwenden, die den Heizwasserstrom jeweils auf die Menge der geforderten Energie für die Wassererwärmung abstimmt und anpasst. Außerdem muss die Temperatur des Heizwasserstroms in entsprechender Weise begrenzt werden, um Verkalkungsprobleme zu vermeiden.

Pufferspeicher mit Frischwasserstation
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Schichtenspeicher mit hygienischer Frischwasserbereitung und Solar-Schichtladesystem

Diese Art der Kombispeicher haben mehrere eingebaute Wärmetauscher mit sehr guter Wärmeübertragung. Die in den Speichern eingebaute Schichtleittechnik bewirkt zum einen, dass solar aufgeheiztes Wasser sofort genutzt werden kann, zum anderen ist die Speicherkapazität deutlich größer als bei herkömmlichen Pufferspeichern mit  Wärmetauscher-Rohrwendeln.
Bei Sonnenschein strömt heiße Solarkreisflüssigkeit durch ein Kupferrohr in den Wärmetauscher am Boden des Behälters. Dort erwärmt sich das Speicherwasser und steigt durch das Aufströmrohr in den oberen Bereich, wo es - je nach Temperatur entweder weiter aufsteigt und sofort der Warmwasserbereitung zur Verfügung steht oder absinkt und zum Heizen genutzt werden kann. Bei ungenügender Sonnenstrahlung kann das Wasser durch ein frei bewegliches Kugelventil den  unteren Speicherbereich vorwärmen.

Hygienische Frischwasserbereitung

Im oberen heißesten Speicherbereich befindet sich ein Kupferwärmetauscher mit Schichtleittechnik, in dem das Warmwasser im Durchlauf erwärmt wird.

Das Speicherwasser kühlt dabei im Wärmetauscher ab und fließt durch das Abströmrohr nach unten. Oben bleibt das Wasser bis zum Schluß heiß. Über ein integriertes Mischventil wird die gewünschte Warmwassertemperatur  eingestellt.