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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.

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Author
Wolfgang Neumann
Quellen
Foto: W. Neumann Consult AG
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