Solar

Die Entscheidung ob Flachkollektoren oder Röhrenkollektoren und welchen Typ von Kollektoren genau habe ich im Abschnitt “Konzept” schon erklärt. Hier folgen Erfahrungen bei Aufbau und Inbetriebnahme.

Welche Kollektoren?

Ich habe mich nach laaaanger und extrem unbefriedigender Suche für die “High Energy 3000″ von Ravensberger Solar entschieden. Eingeschränkt hatte ich die Suche auf Heatpipe-Röhrenkollektoren. Obwohl die genannten Systeme leistungsmäßig wirklich nicht zu den Überfliegern gehören, zählte bei mir vor allem das Kriterium Leistung/Euro und nicht Leistung/Fläche.

Es handelt sich um in Foren auch als “Chinakracher” bezeichnete Systeme weswegen man natürlich Sorgen wegen Qualität und Langlebigkeit mit einkauft.

Hier meine Erfahrungen:

Die Glasröhren machen einen  rundum professionellen und stabilen Eindruck. Die dunkelblaue Bedampfung schwankt chargenabhängig in ihrer Farbe. Überhitzung einer Röhre in der prallen Sonne ohne Anschluss an ein hydraulisches System führt zu keinen Beschädigungen ausser leichten Verfärbungen der Verschlusskappe und des Kondensators.

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Das Innenleben besteht aus recht dünnem, gebogenem Alublech, das die Wärme von der Innenwand der Röhre zur Heatpipe leitet. Die Heatpipe ist ein dünnes, teilweise flüssigkeitsgefülltes Kupferrohr, das am oberen Ende durch eine Verdickung, den Kondensator, abgeschlossen ist.

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Die Röhre wird am unteren Ende von einem schwarzen Kunststoffteil gehalten, das durch einen Teller mit zentralem Loch das empfindlichste Teil der Röhre schützt: den Glasstummel an dem die Röhre evakuiert und verschlossen wurde. Die Kunststoffteile machen zwar einen etwas billigen Eindruck, erfüllen ihren Zweck aber hervorragend und haben sogar sehr geringe Toleranzen.

Die beigelegten Aluprofile sind nicht vertrauenserweckend solide, halten die Anlage aber ausreichend stabil zusammen, wenn alles montiert ist. Die Bohrungen passen sehr genau.

Die Kartons waren sorgfältig gepackt – alle Schrauben und Zubehörteile vorhanden und vollzählig. Die Qualitätskontrolle bei Lieferung war spitze und wichtig. Eine derartige 100% Kontrolle sieht man selten. Diese Kontrolle benötigt viel Zeit und es werden dabei auch einige Transportschäden aussortiert. Mir hat das Konzept gut gefallen – ich kann mir aber vorstellen, dass es Kunden gibt, die lieber nicht sehen wollen, dass zwei Röhren im Karton geplatzt waren und vor Ort ersetzt werden. man möchte schliesslich auch nicht beim Schlachten zusehen, wenn man ein Wiener Schnitzel essen möchte.

Die Reflektorbleche sind von unterirdischer Qualität. Klapperige Alufolie auf U-profile genietet. Aber wenn man auf das eine symbolische Prozent Leistung verzichten kann, dann gibt es ja auch dafür Lösungen. Insbesondere bei einer Ost-West-Lage, sind die Abstände zwischen den Röhren kein Problem wegen der gegenseitige Abschattung (behaupte ich einfach mal hier). Allerdings muß der Reflektor natürlich montiert werden, da es zur von der BAFA getesteten Konfiguration gehört!

Montage

Ich habe mich entschieden, zwischen Dachhaken und Kollektoren noch lange Aluleisten zu montieren, da ich vor der Bestellung nicht abschätzen konnte, ob man seitliche Toleranzen bei den Dachhaken ausgleichen kann. Das wäre unnötig gewesen: Der obere horizontale Sammler und die untere horizontale Halteschiene sitzen auf drei senkrechten Profilen, die seitwärts beliebig verschoben werden können. Man könnte also schon diese Profile auf die Dachhaken schrauben.

Ich habe hier jedoch noch eine horizontale Profilleiste eingebaut. Eigentlich unnötig, hat aber den Vorteil, dass die Lüftungsziegel unter der Anlage im Dach bleiben können, da so der Abstand groß genug ist.

Bei der Montage der Dachhaken (extra bestellt natürlich) muß man den betroffenen Dachziegel herausnehmen und auf der Unterseite ein Stück aus dem Steg herausflexen, da sonst der Dachziegel danach nicht sauber abschliesst.

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Nachster Schritt ist die Montage des (fast sinnlosen) Profils. Sehr schön sieht man hier den Lüftungsstein etwa in Bildmitte. Das Profil wird mit Hammerkopfschrauben an den Dachhaken befestigt (das Bild steht auf dem Kopf)

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Die Rahmenkonstruktion wird mit der Hilfe von Nutensteinen von oben in die langen Profile geschraubt. Und Röhre für Röhre in den Sammler gesteckt und unten mit Hilfe des schwarzen Plastikteiles in der unteren Querleiste verankert.

 

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Wenn man genau hin sieht, sieht man auf dem rechten Bild unterschiedlichen Belag von Rauhreif. Das bedeutet wohl, dass ich bei manchen Röhren schlampig bei der Befestigung war: Die Wärme wird im Sammler nicht so gut abgeführt und die Röhren erwärmen sich: Aufmachen, Vakuum kontrollieren, Wärmeleitpaste, zumachen…

[Nach vier Monaten auf dem Dach keine Vakuumverluste oder Glasbruch bis jetzt]

Ansteuerung

Da es sich um eine Anlage mit 10qm Ost und 10qm West handelt, muß eine Ventilsteuerung her. Ich habe mich entschieden hier gleich noch die Durchflusssensoren mit unterzubringen:

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Man sieht hier ein Ventil, das im kalten Solarstrang den Volumenstrom zwischen West und Ost aufteilen soll. Nach kurzen Beruhigungsstrecken folgt je ein HUBA-FTS 2-32 DL Volumenstromsensor.

Die Steuerung dieses Ventils von der UVR aus ist eigentlich sehr einfach: Eine Mischeransteuerung bekommt als Istwert die Differenz zwischen den Solarvorlauftemperaturen und als Sollwert 0°. Der Mischer gibt immer etwas mehr Volumenstrom auf die Seite, die die aktuell die höhere Vorlauftemperatur erwirtschaftet. So steuert die Anlage ganz von alleine beide Volumenströme so, dass jede Seite die gleiche Temperatur erreicht. Abends steht der Mischer damit im Anschlag. Morgens dauert es einige Minuten, bis die Regelung  den Mischer wieder zurückgefahren hat. In den Ergebniswerten zeigt sich, dass um 13:00 im Sommer die gleiche Leistung von beiden Dachseiten kommt.

Leistung

Mit 10qm West und 10qm Ost habe ich ab April/Mai um 13:00 Uhr etwa 5000W Spitzenleistung erreicht und an komplett wolkenlosen Tagen 50kWh. Interessant ist, dass ich im Hochsommer diese Spitzenwerte nicht mehr erreiche, da der Puffer immer voll geladen ist und die Anlage täglich die 90° erreicht. Damit sind die Verluste der Anlage dann natürlich wesentlich höher. Im Frühling ist der Wirkungsgrad der Anlage sehr gut, da die Rücklauftemperatur zur Solaranlage wegen der benötigten Heizleistung morgens bei 25-30° liegt.

Sommerbetrieb

Ich habe den Raumthermostaten von Technische Alternative genutzt, um damit ein Umschalten der Betriebsmodi und eine Anpassung an den subjektiven Wärmebedarf zu erreichen:

  1. Wintermodus: Kessel springt bei Bedarf an, Solarwärme wird genutzt, wenn vorhanden, Heizvorlauftempereratur kann über das Stellrad um +/- 4° angepasst werden.
  2. Frühlingsmodus: Kessel bleibt aus. Heizkreise an. Heizvorlauftempereratur kann über das Stellrad um +/- 4° angepasst werden.
  3. Sommermodus 1: Solar an. Heizkreis im Untergeschoss läuft auf einer festen Vorlauftemperatur von 40° ohne Nachtabsenkung. In anderen Worten: “hau die Wärme raus Modus”
  4. Sommermodus 2: Heizkreise aus. Solar an.

Im Sommer 2014 ist die Anlage je nach Wetter in 2 oder 3 gelaufen. Die überschüssige Wärme war in der Heizung gut aufgehoben und ich hatte im Untergeschoss keine kalten Füße mehr. Es war noch nicht überhitzt im Haus, die Fenster waren meist gekippt. Das bedeutet, dass ich die Anlage nochmal erweitern kann, da ich den Punkt noch nicht erreicht habe, dass mit die Wärme im Sommer viel zu viel wird.

Stagnation

Schweren Herzens habe ich im August an einem klaren Sommertag einen Stagnationstest gemacht, um herauszufinden, was im Fall eines Defekts auf mich zu kommt. Alles hat gehalten und sich fast erwartunggemäß verhalten. Bevor ich aber das Verhalten detailliert beschreibe noch einige Worte zur Solarverrohrung, da diese dabei eine sehr große Rolle spielt:

Exkurs Solarverrohrung: Vom Keller geht vom tiefsten Punkt des Puffers aus ein 18mm Kupferrohr zum Rückschlagventil, zur Pumpe, an Manometer und 6Bar Überdruckventil vorbei senkrecht bis fast unters Dach. Ab hier weiterhin mit Steigung zum Mischer und den Volumenstromsensoren und beide Rohre weiterhin steigend auf beiden Dachseiten durch die Dachhaut bis zum Sammleranschluss. Die Sammler sind mit sehr geringer Steigung (fast horizontal) verlegt. Auf der Westseite sind die beiden Kollektorfelder mit 25cm Wellrohr verbunden, auf der Ostseite mit 1.2m Kupferrohr wegen eines Dachfensters dazwischen. Auf der heissen Seite sind die Kupferrohre auf beiden Dachseiten vom Sammler aus durch einen Lüftungsziegel weiterhin steigend bis unter den Firstbalken verlegt und vereinigen sich dort über ein T-Stück. Nun kommt ein (absperrbarer!) Entlüfter und das 18mm Rohr läuft von hier zuerst mit leichtem Gefälle, dann mit starkem Gefälle und dann senkrecht zurück in den Keller. Dort über ein internes Einschichtrohr im unteren Drittel in den Puffer. Fast alle Solarrohre habe ich mit Glaswolle/Alu Rohrisolierung versehen. Nur im Keller ist sie mir ausgegangen und ich habe (leider!) die billige PU-Isolierung genommen.

Also: Mut gefasst und Pumpe Mittags ausgeschalten. Die Temperatur steigt bis 110 Grad. Das Manometer im kalten Solarstrang fängt an leicht zu zittern und steigt unter einigem Gezappel von 1.8 bar auf knapp 3 Bar an, während die Temperatur im Kollektor auf etwa 125 Grad steigt. Das Wasser verkocht zunächst auf der Westseite, dann auf der Ostseite. Der Druck am Puffermanometer steigt währenddessen von 1.7 Bar auf ca. 1.8 Bar an, da das Dampfvolumen der vier Sammler (wegen VRK nur ein paar Liter) in den 200l Druckausgleichsbehälter verschoben wird. So weit so gut. T-Shirt nassgeschwitzt.

Nun zu den unvorhergesehenen Dingen: Das Wasser verdampft zuerst am heissesten Punkt – dem heissen Ende der Kollektoren. Nun schiebt der Dampf, der im vorderen, kälteren Teil und vor allem im ersten Kollektorfeld entsteht, ein Dampf/Wasser Gemisch durch das heisse Ende der Anordnung. Das rumpelt und gluckert unheilvoll (Fazit 1: mehr Rohrschellen) und schiebt den Dampf durch den Vorlauf bis in den Pufferspeicher hinein! Das hatte ich nicht erwartet, aber es musste ja passieren. Es ist kein wirkliches Problem – man hört die Dampfblasen im Puffer aufsteigen wie im Wasserkocher während sie kollabieren und nie die Oberfläche erreichen. Während etwa 10 Minuten hält das Geblubber und Gerumpel an und dann kehrt Ruhe ein. Gegen Ende schaffen einige Dampfblasen den Weg zur Oberfläche des Puffers und der Entlüfter auf dem Puffer öffnet manchmal kurz zischend. Ein Solarentleerungsventil im heissen Strang am Puffer beginnt zu tropfen und zischeln. Das Rohr ist mit 120° heissem Dampf unter Druck gefüllt, im Keller riecht es heiss und leicht angekokelt (PU-Isolierungen auf dem lezten Meter) , ich bin schweissgebadet und halte einen Sicherheitsabstand. Die Kinder dürfen nicht zuschauen…

  • Fazit 2: Solarentlüfter am höchsten Punkt der Solarverrohrung muss geschlossen sein, sonst zischt der Dampf dort raus.
  • Fazit 3: Solargeeignete Komponenten im Solarstrang bis an den Puffer verwenden! (Mischer, Entleerungsventil, etc…)
  • Fazit 4: Das gilt vor allem für die Isolierung (Foto kommt bald)
  • Fazit 5: weichgelötete Kupferverbindungen in der heissen Verrohrung ist den Profis mit Recht verboten. Hält zwar, ist aber nicht schön.
  • Fazit 6: Stagnation ist ein stabiler, aber beunruhigender Zustand, den man sich nicht angewöhnen sollte, wenn die Anlage lange halten soll.
  • Fazit 7: Die Verbindungsrohre zwischen den Kollektorfeldern sind ein Wasserreservoir, das den Übergang zur Stagnation verlängert und ein Flaschenhals für Druckspitzen. Sie sollten kurz sein! (hätten sein sollen)

So – jetzt ist der stationäre Zustand erreicht. In den Kollektoren stehen Dampfblasen mit ca 145°. In der Leitung kondensiert der Dampf wieder. Wenn man nun die Pumpe einschaltet, kann sie wegen der Dampfblase trotzdem kein Volumen fördern. Die Blase verstopft den höchsten Punkt wie ein Korken. Es hilft nur warten bis die Sonne untergeht und die Anlage ruhig durch Kondensation wieder in den Ausgangszustand zurückkehrt.

Geschafft!

Ein Defekt im Sommer ist also kein Problem – ich werde trotzdem weiterhin die Solarpumpe bei ausreichend Strahlung durchlaufen lassen und lieber die Wärme irgendwo dumpen. Das schont das Material und ist bei einem Haus ohne Vollwärmeschutz und bei gekippten Fenstern kaum merklich. Die Solarfläche wird nächstes Jahr nochmal um 5qm erweitert, da heuer das Brauchwasser als zusätzlicher Verbraucher diesen Sommer noch nicht mal dran war.