Planung eines Solarsystems – Checkliste:
- Aufstellfläche für Kollektoren Erforderlich ist eine möglichst wenig zergliederte und unbeschattete Dachfläche mit Orientierung zwischen Süd-Ost und Süd-West. Die optimale Dachneigung beträgt bei Trinkwarmwasser(TWW)-Anlagen: ca. 20 bis 45°; bei Heizungsanlagen ca. 35 bis 50°. Anlagen sind bei Schrägdach kostengünstiger als bei Flachdach (Aufständerungskonstruktion); falls nicht genügend Dachflächen zur Verfügung stehen kann eine Fassadenintegration geprüft werden. Auch die Aufständerung auf Bodenflächen ist möglich.
- Dachzustand Beim Dach sollte in den nächsten 25 Jahren keine Sanierung erforderlich sein – oder das Dach muss vor Aufbau des Kollektorfeldes saniert werden. Vor allem in Randbereichen muss die Statik des Daches bzgl. Zusatzbelastung durch Kollektoren (ggf. inkl. Aufständerung) und Windbelastung geprüft werden.
- Platz für Solarspeicher Optimal sind Räume, die für hohe und schlanke Solarspeicher geeignet sind. Falls nicht anders möglich, kann das Speichervolumen auf maximal drei Behälter aufgeteilt werden, die dann in Reihe und nicht parallel verschaltet werden. Eine Außenaufstellung der Solarspeicher mit verstärkter Wärmedämmung und Schutz vor eindringender Feuchtigkeit ist möglich. Die Dimensionierung der konventionellen Speicher prüfen, da diese oft zu groß sind; überflüssige konventionelle Speicher können evtl. als Solarspeicher oder solare Vorwärmspeicher (VDI 6002-1) genutzt werden.
- Kontrollsysteme Dauerhafte Systeme zur Funktionskontrolle oder Ertragsbewertung für das Solarsystem installieren; ohne solche Einrichtungen fallen Fehler im Solarsystem wegen des nachgeschalteten Kessels nicht auf (vgl. VDI 2169).
- Vorrüstung In Neubauten erleichtern Leerschächte vom Dach zum Keller die spätere Installation einer Solaranlage. Eine Rohrverlegung „auf Vorrat“ wird aber nicht empfohlen. Die Rohrquerschnitte müssen zu der später installierten Kollektorfläche passen, damit bestimmte Mindest- und Maximalwerte für die Durchströmungsgeschwindigkeit /VDI 6002-1/ eingehalten werden.
Anlagen zur Trinkwassererwärmung:
- TWW-Verbrauch Der Warmwasserverbrauch sollte nach Möglichkeit genau ermittelt werden. Bedarf an warmem Trinkwasser muss auch im Sommer vorhanden sein. Sofern der Bedarf im Sommer stärker zurückgeht, sollte auf den Schwachlastbedarf im Sommer ausgelegt werden (vgl. VDI 6002-1 und VDI 6002-2).
- Einbindung TWW-Zirkulation Das Zirkulationsnetz sollte gut gedämmt und hydraulisch abgeglichen werden und in Bezug auf Laufzeit und Volumenstrom minimiert sein (erlaubte Temperaturspreizung gem. DVGW-Arbeitsblatt W551 beachten). Energieverluste werden mit Schaltuhren, Zirkulationsunterbrechern, temperaturgesteuerten Pumpen gemindert.
Kombianlagen (Trinkwassererwärmung und Raumheizungsunterstützung):
- Energiebedarf außerhalb Heizperiode Vorhandene TWW-Zirkulation ist in das Solarsystem einzubinden (Aussagen oben beachten). Wenn möglich, sollten weitere Sommerverbraucher wie z. B. Schwimmbecken oder solare Kühlsysteme versorgt werden.
- Heizsystem Für eine gute Solarsystemeffizienz ist ein Niedertemperaturheizsystem erforderlich. Heizungssysteme mit höherer Temperatur sind nicht ausgeschlossen, jedoch nicht optimal geeignet. Es sollte unbedingt ein hydraulischer Abgleich vorgenommen werden.
- Solarsystem Gegenüber TWW-Systemen sind erheblich größere Kollektorfelder und Speichervolumina erforderlich.
Weil im Winter sich die Sonne zu einer Zeit rar macht, in der der Wärmebedarf hoch ist, benötigen Solaranlagen zur Heizungsunterstützung groß dimensionierte Kollektorflächen. Dadurch kommt es im Sommer zu einem Überangebot an Solarenergie, das ohne große saisonale Wärmespeicher ungenutzt verpufft. Man spricht von Stagnation.
Es gibt verschiedene Strategien, die Situationen von zu vielWärme zu reduzieren sowie dabei die Belastung der Kollektoren und des Systems zu verringern.
- Eine recht einfache Möglichkeit ist die Installation der Kollektoren in einem sehr steilen Neigungswinkel oder die vertikale Montage an der Fassade. Die Gewinne bei niedrigem Sonnenstand werden so erhöht und die Überschüsse bei hohem Sonnenstand im Sommer reduziert. Dies hat natürlich einen entscheidenden Einfluss auf die Architektur des Gebäudes.
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Bei dem so genannten „Aquasystem“ wird Wasser ohne Frostschutzmittel im Kollektorkreis eingesetzt. Das Ausdampfen des Kollektors lässt sich mit reinem Wasser besser beherrschen und es können keine Schädigungen des Frostschutzmittels entstehen. Der winterliche Frostschutz wird dadurch gewährleistet, dass nachts Energie in den Kollektor zurückgespeist wird, um ihn frostfrei zu halten. Dieses Verfahren ist nur bei Vakuumröhren einsetzbar.
- Beim „Drain-Back“-Verfahren entleert sich das Kollektorfeld selbstständig nach dem Abschalten der Pumpe und wird beim Einschalten wieder gefüllt. Es kann Wasser im Kollektorkreis eingesetzt werden, das bei abgeschalteter Pumpe im Kollektor weder sieden noch gefrieren kann.
- Der Solarspeicher wird so groß dimensioniert, dass er sommerliche Überschüsse aufnehmen kann und für den Winter bereitstellt (saisonaler Speicher).
- Die sommerlichen Wärmeüberschüsse werden zur solaren Klimatisierung genutzt (z. B. für Hotels, Bürogebäude, Krankenhäuser, Heime etc.)
- Überschüssige Energie aus dem Solarpufferspeicher wird wieder abgeführt, indem die Pumpe nachts eingeschaltet wird und Wärme über den Kollektor abgibt.
- Ein zusätzlicher Wärmeverbraucher (beispielsweise ein Schwimmbad) nimmt Überschussenergie auf.
Bedingt durch die höheren Rücklauftemperaturen im Heizungssystem arbeitet das Solarsystem bei der solaren Heizungsunterstützung mit geringerer Effizienz als bei der Erwärmung von kaltem Trinkwasser, und im Winter arbeiten die Kollektoren aufgrund niedrigerer Außentemperaturen mit geringerem Wirkungsgrad. Der Jahresnutzungsgrad von Kombianlagen ist aus diesen Gründen geringer als bei der reinen Trinkwassererwärmung. Das drückt sich auch in höheren spezifischen Wärmekosten aus.
Die Performance eines solchen Solarsystems kann erhöht werden, indem die Rücklauftemperatur im Heizsystem möglichst niedrig gehalten wird, beispielsweise durch Auslegung großer Heizkörperflächen oder mit dem Einsatz einer Fußbodenheizung.
Die Optimierung von nutzbaren solaren Erträgen und Kosten erfolgt durch die Wahl eines möglichst auf den Anwendungsfall zugeschnittenen Anlagen- und Speicherkonzeptes sowie durch die konkrete Dimensionierung und Ausführung der Anlage. Wie bei den Systemen zur Warmwasserbereitung existieren zahlreiche Schaltungsvarianten zur Heizungsunterstützung. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal ist die serielle Heizungsanbindung, bei der Solarspeicher, Kessel und Heizung in Reihe geschaltet sind, oder die parallele Anbindung des Heizkessels an den oberen Teil des (Solar-) Pufferspeichers, aus dem die Heizung gespeist wird.
Neben der Optimierung der Solarsysteme selbst muss auch der Einfluss der Solaranlage auf das Betriebsverhalten des Kessels berücksichtigt werden. Bei Systemen zur solaren Raumheizungsunterstützung ist es wichtig, dass sowohl die Solaranlage als auch der konventionelle Heizkessel und das Heizungssystem aufeinander abgestimmt werden.
Dimensionierung:
Kombianlagen können sehr unterschiedlich dimensioniert werden. Je nach gewünschtem solarem Deckungsanteil kann man das System vergrößern. Sogar eine solare Volldeckung von Heizwärme und Warmwasserbereitung über das Jahr ist möglich – mit entsprechendem Aufwand. Während konservative Strategien die Vergrößerung des Systems zur Warmwasserbereitung mit Zirkulationseinbindung um den Faktor 1,8 empfehlen, rechnen ambitionierte Anbieter für die solare Heizungsunterstützung mit 1 m2 Kollektorfläche pro 10 m2 Wohnfläche oder empfehlen sogar 20% der Wohnfläche als Solarfläche anzusetzen.
Gut abgesicherte Ergebnisse existieren für die Dimensionierung von Speichern. Für Anlagen zur Trinkwassererwärmung werden üblicherweise 50 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche angesetzt. In verschiedenen Quellen wird dieses Verhältnis auch für Anlagen zur Heizungsunterstützung genannt. Simulationsrechnungen für Kombianlagen zeigen, dass das Puffervolumen nicht linear mit der Kollektorfläche wachsen sollte, sondern dass die betriebswirtschaftlich besten Ergebnisse mit einer überproportionalen Vergrößerung zu erzielen sind.
Planung vom Fachmann:
Wie Sie den Informationen entnehmen können, gibt es sehr viele Varianten und Variablen die bei einer Anlage geplant und miteinbezogen werden müssen. Sie erhalten ansonsten nicht den Wirkungsgrad der Anlage der möglich ist. Dieser Umstand wird Sie im Laufe der Jahre viel Geld durch zuheizen kosten. Deswegen ist es sinnvoll seine Anlage gleich von einem Experten planen zu lassen. Wir meinen jemanden, der diese Thematik studiert hat und sich fortlaufend in diesem Bereich weiterbildet und arbeitet.
Wir sind momentan auf der Suche nach einem Ingenieurbüro, welches im Kerngeschäft mit solarer Energie arbeitet und für einen überschaubaren Betrag, Ihre individuelle Anlage plant und berechnet.
Das Ergebnis werden wir Ihnen demnächst an dieser Stelle mitteilen.