Optimierte Solarerträge: Wärmespeicherung nach dem Thermosiphonprinzip

Bei thermischen Solaranlagen spielt die Wärmespeicherung eine zentrale Rolle. Aufgrund der ungleichmäßigen Sonneneinstrahlung ermöglicht sie erst die Bevorratung von Solarwärme für sonnenarme Wärmebedarfszeiten.
Dies gilt gleichermaßen für die Nutzung der Solarwärme zur Trinkwassererwärmung, wie auch zur Heizungsunterstützung. Da die Abdeckung größerer Wärmebedarfe schnell zu hohen Speicherkapazitäten führt, werden Solaranlagen in unseren Breitengraden nicht autark, sondern in Verbindung mit einer konventionellen Wärmeerzeugung betrieben.
Hierbei stellt der Wärmespeicher zudem die Schnittstelle vom konventionellen zum solarthermischen System her. Für eine hohe Effizienz eines solchen Systems ist es wichtig, dass die Solaranlage einen möglichst großen Wärmeanteil beiträgt.
Wärmespeicher, die speziell an die solare Einstrahlungscharakteristik angepasst sind, können dazu einen entscheidenden Beitrag leisten.
Ein Speicherverfahren für warmes Wasser, mit dem auch geringe Kollektorerträge optimal genutzt werden können, stellt die Thermosiphon-Technik der Buderus Heiztechnik GmbH dar. Das patentierte System arbeitet auf Basis des Speicherladeprinzips.
Das von der Solaranlage erwärmte Wasser wird dem Speicher dabei schichtenweise von oben nach unten zugeführt. Im Gegensatz zu konventionellen Speichern, bei denen der Inhalt gleichmäßig erwärmt wird, steht die Solarwärme so unmittelbar an der Entnahmestelle zur Nutzung bereit. Auf diese Weise wird eine verfrühte Kesselnachladung vermieden. Gleichzeitig bewirkt die Wärmeschichtung im unteren Bereich des Speichers eine große Temperaturdifferenz zum Solarwärmetauscher. Dies führt zu einer hohen Tauscherleistung auch bei geringen Einstrahlungsverhältnissen und damit ebenso zu kurzen Beladungszeiten.
Die Funktion der Technik beruht auf einem Wärmeleitrohr, das über dem Solarwärmetauscher angeordnet ist.
Aufgrund des Dichteunterschieds steigt das erwärmte Wasser im Leitrohr nach oben und lässt das kälteste Wasser am Behälterboden ins Rohr nachströmen. Über Austrittsöffnungen auf verschiedenen Höhenstufen wird das erwärmte Wasser in den Speicher eingespeist. Dazu sind die Öffnungen mit Rückschlagklappen aus Silikon versehen, die den Durchlass erst bei beidseitig gleichem Temperaturniveau freigeben. Da die Wirkung allein auf die Schwerkraft zurückzuführen ist, kann dabei gänzlich auf zusätzliche Regelungen und Elektronik verzichtet werden.
Weiterhin sind die Eintrittsöffnungen für Kaltwasser und Zirkulationsrücklauf derart gestaltet, dass Verwirbelungen der sich ausgebildeten Temperaturschichtung wirkungsvoll verhindert werden. Thermosiphon-Speicher sind in verschiedenen Ausführungen als mono- und bivalente Speicher zur Trinkwassererwärmung und/oder Heizungsunterstützung erhältlich.