Überschussmanagement

Nur Warmwasserbereitung oder Warmwasserbereitung und Heizung? Was sind Eure Erfahrungen mit Thermosolaranlagen? Wer hat Tipps zur Umsetzung?

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Überschussmanagement

Beitragvon Axel Horn » Donnerstag 4. Juni 2015, 11:07

Der heutige 4. Juni ist nicht der astronomisch längste Tag, aber vermutlich meteorologisch der sonnenreichste Tag dieses Jahres.

Die meisten PV-Anlagen werden heute weit mehr als den Strom-Eigenverbrauch abdecken und den Überschuss ins Stromnetz abgeben. Die PV-Leistung hat (laut http://www.sma.de) heute zwischen 8:30 und 9:30 um 6,6 Gigawatt zugelegt, und es ist das Problem der Netzbetreiber, ein "Überlaufen" des Stromnetzes am heutigen katholischen Feiertag (Fronleichnam) in den Griff zu bekommen.

Solarthermieanlagen speisen bis auf wenige Ausnahmen in kein Netz ein. Daher müssen sie von vornherein zusammen mit passender Speichertechnik installiert werden, ca. 50 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche bei Anlagen zur Trinkwassererwärmung, 100 Liter und mehr bei Anlagen, die Solarwärme auch in die Gebäudeheizung liefern.

Was passiert beim Stagnationsbetrieb?

Was passiert aber, wenn der Speicher seine Maximaltemperatur erreicht und die Sonne genau zu dem Zeitpunkt mit voller Intensität auf den Kollektor brennt? Bei stehendem Solarkreis bildet sich im Kollektor eine Dampfblase, die sich je nach Solarleistung auch in die angeschlossenen Leitungen ausdehnt. Dabei sollte der Dampf das Solarkreismedium aus dem Kollektor in Richtung Ausdehnungsgefäß verdrängen können, von wo sich der Kollektorkreis wieder befüllt, wenn abends die Temperatur nachlässt und die Dampfblase wieder auskondensiert. Das nennt man Eigensicherheit der Anlage.

Trotzdem sollte das nicht mehr als ein paar Mal im Jahr passieren, weil es die Alterung der Anlage beschleunigt:
    - Die Dampfblase leistet im Kollektorkreis mehr oder weniger intensive mechanische Arbeit, was vor allem die Rohrverbindungen mechanisch belastet;
    - Solarkreismedium, das nicht restlos aus dem Kollektor verdrängt wird, zersetzt sich ab Temperaturen von ca. 150 °C; die Flüssigkeit verfärbt sich braun und ihr pH-Wert steigt;
    - Luftblasen, die vor der Stagnationsphase an unproblemtischen Stellen im Solarkreis waren, vermischen sich mit dem Dampf und können so an Stellen gelangen, wo sie nach dessen Auskondensieren die Durchströmung im Solarkreis behindern; das macht sich vor allem bei größeren Kollektorfeldern mit parallel geschalteten Strängen häufig negativ bemerkbar.
Kurz: wenn irgendwie möglich, sollte man den Stagnationsbetrieb vermeiden.

Regelstrategie Wärmeabfuhr

Kleine Trinkwarmwasser-Solaranlagen, die über einen bodenstehenden Kessel mit beträchtlicher thermischer Kapazität nachgeheizt werden, können diesen als Wärmesenke nutzen. Mit einer einfachen Thermostatschaltung kann der Speicherladekreis überschüssige Solarwärme in den Kessel ziehen. Dabei ist nur zu beachten dass der eingeschaltete Stom der Thermostatschaltung keine Probleme in der Kesselregelung verursacht. Da muss ein Elektro-Fachmann ran.

Heizungsunterstützende Anlagen haben von vornherein mehr Speicherkapazität und vor allem den Vorteil, ohnehin mit der Heizung gekoppelt zu sein. Ab einer bestimmten Temperatur im Speicher kann die Regelung einen Heizkreis einschalten und überschüssige Wärme in einen Kellerraum leiten, dem etwas Wärme auch im Hochsommer gut tut.

Regelstrategie Wirkungsgradverschiebung

Um die abzuführende Überschusswärme von vornherein kleiner zu halten, sollte der Kollektorkreis mit überhöhten Temperaturen betrieben werden. Flachkollektoren haben dadurch einen spürbar reduzierten Wirkungsgrad (hier definitiv ein Vorteil!) und auch bei Vakuumröhren sind die Wärmeverluste der Solarkreisleitung natürlich vom Temperaturniveau abhängig. In meiner Anlage zielt die Solarkreisregelung auf 20 K überhöhte Vorlauftemperatur des Kollektors (Drehzahlregelung per PWM-Signal), so dass die Maximaltemperatur im Speicher erst später am Nachmittag erreicht wird. Nach dem Abschalten lässt der Solarregler die Kollektortemperatur erst auf 115 °C ansteigen, bevor die Pumpe wieder für ca. eine Minute anspringt. Das meiste dieser hohen Temperatur verfliegt schon in der Vorlaufleitung, so dass dieser Kollektorkühlbetrieb sicher bis zum Abend durchlaufen kann. So lässt sich ein schonender Betrieb des Kollektors auch an Hochsommertagen durchhalten.

Speicherkapazität

Bei den meisten PV-Anlagen reicht der Batteriespeicher, falls überhaupt vorhanden, nur für ein paar Nachtstunden. Die Solarwärme in einem durchgeheizten Pufferspeicher schafft dagegen mehrere Tage Volldeckung des Trinkwarmwasserbedarfs, und die in die Kellerräume abgegeben Überschüsse sorgen einige Tage lang auch ohne Heizbetrieb für komfortable Temperaturen im Haus, wenn es draußen wieder kälter wird.
Axel Horn - Fachingenieur für Solarthermie - 82054 Sauerlach
http://www.ahornsolar.de
Axel Horn
 
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