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Solarthermische Anlagen: Effizienz durch industrielles Design.
15.8.2019 | Solarthermische Anlagen: Effizienz durch industrielles Design. | Wolfgang Neumann
Die Installationen solarthermischer Anlagen sind rückläufig. Durch industrielles Anlagendesign und eine optimale Steuerung der Wärmeströme kann eine ausserordentliche hohe Wärmeausbeute erzielt werden. Gleichzeitig wird der Wartungsaufwand auf praktisch Null reduziert.
Wo liegt heute das Problem mit solarthermischen Anlagen?
Konventionelle thermische Solaranlagen werden mit Sicherheitsventilen von 6 bar ausgerüstet, die aber bereits bei 5.4 bar auslösen. Die Ausdehnungsgefässe sind auf 3 bar vorgespannt. Beim Erreichen einer Speichertemperatur von 95°C, vor allem nach einer Serie von sonnenreichen Sommertagen, gehen die Kollektoren in den Stillstand; sie werden nicht mehr durchflossen. Dabei werden Kollektor-Temperaturen von 150°C bis 175°C erreicht je nach Dachneigung. Der Druck im Solarkreislauf steigt auf über 6 bar an, wobei die Sicherheitsventile ansprechen und Solarflüssigkeit aus dem Kreislauf austritt. Diese Sequenz führt zu stetigem Druckabfall im Solarkreislauf und letztlich zur Zersetzung der aus einem Gemisch aus Glykol und Wasser bestehenden Solarflüssigkeit mit Bildung von Glykoldämpfen.
Aufgrund dieses Phänomens benötigen thermische Solaranlagen etwa alle 5 Jahre ein Nach-füllen respektive einen Wechsel an Solarflüssigkeit.
Damit sind thermische Solaranlagen im Vergleich zu Photovoltaik Anlagen wartungsintensiv.
Dies könnte auch ein Grund für den Rückgang bei den Installationszahlen solarthermischer Systeme sein.
Wie lässt sich das vermeiden?
- Der gesamte Solarkreislauf müsste auf einen Systemdruck von mindestens PN 10, respektive 10 bar ausgelegt sein.
- Das Überschreiten von Speichertemperaturen von über 95°C und die damit verbundenen Kollektorstillstände sind durch eine geeignete Steuerung zu vermeiden.
- Die konventionelle Haustechnik lässt die oben beschriebenen Lösungsansätze jedoch nicht zu. Die Lösung kann nur durch den Eintritt der Solarthermie in industrielles Design erfolgen.
Industrielles Design solarthermischer Anlagen als Chance
Am Beispiel eines Kunden zeigt sich, wie die Durchführung eines industriellen Designs des Solarkreislaufes angegangen wurde:
Beim Kunden Victor Erdin in Gansingen wurde die solarthermische Anlage anfangs 2015 in Betrieb genommen und im Frühjahr 2016 industriell nachgerüstet. Unter Befolgung aller sicherheitstechnischer Massgaben wurde ein Solarkreislauf installiert, der gesamthaft dem Druckstandard PN 10 (Maximaldruck von 10 bar aller Leitungen, Verbindungen und Apparaten) entspricht. Der Solarkreislauf wurde bis 5.7 bar befüllt (das konventionelle Sicherheitsventil hätte bei diesem Druck bereits angesprochen). Die Steuerung wurde so modifiziert, dass die Speichertemperatur auch an den heissesten Tagen 95° nicht erreichte. Kollektorstillstände konnten nicht beobachtet werden. Die Anlage wird automatisch 24h/ Tag ganzjährig überwacht. Beide Massnahmen wurden im Frühjahr 2016 durchgeführt. Die Anlage arbeitet seit dem störungsfrei ohne Flüssigkeitsverlust.
Beobachtung einer hohen solarthermischen Effizienz
Die solarthermische Anlage wird über einen Systemspeicher betrieben, der Wärme für die Heizung und das Brauch-Warm-Wasser (BWW) bereitstellt. Der Elektroboiler für das BWW wurde durch die solarthermische Anlage ersetzt. Die bestehende Ölheizung wurde als zweiter Wärmeerzeuger an den Systemspeicher angeschlossen.
Der Bauherr hat die Ölverbräuche von Frühjahr 2017 bis Frühjahr 2019 notiert und mit denen der durchschnittlichen Ölverbräuche der Jahre vor der Installation der solarthermischen Anlage verglichen: Hieraus resultiert ein ausserordentlich hoher solarthermischer Gesamtjahresanlagenwirkungsgrad von 75%. 40% der thermischen Energie konnten mit den 4 Solarkollektoren eingespart werden.
Potential industrieller Anwendung im Rahmen der PEIK-Beratung
Das hier beschriebene industrielle Design hat sich in allen von der W. Neumann Consult AG installierten Anlagen bewährt. Es ist nun reif für die Anwendung in der Industrie.
Im Rahmen einer PEIK-Beratung konnten Unternehmen identifiziert werden, bei denen eine solarthermische Anlage sinnvoll ist: z.B. für die Wärmeerzeugung von Waschanlagen, die bis jetzt ausschliesslich mit elektrisch beheizten Durchlauferhitzern betrieben wurden.
Wenn Sie sich für eine umfassende Energieberatung Ihres KMU interessieren, die Ihnen das Energiesparpotenzial sowie das Potenzial solarer Nutzung präzise aufzeigt, dann melden Sie sich bei PEIK und vereinbaren einen Termin mit einem Energieberater.
Autor
Wolfgang Neumann
Dipl.-Ing. Verfahrenstechnik, RWTH Aachen
Bachelor of Business Administration, OEKREAL
CAS GEAK®-Experte, HSLU
CAS Erneuerbare Energien, FHNW
W. Neumann Consult AG
Quellen
Foto: W. Neumann Consult AG