Voraussetzung für diese Art der Nutzung von Sonnenenergie ist eine
zentrale Trinkwassererwärmung mit geeigneten Systemkomponenten.
Die optimale Auslegung von
Warmwasser-Solaranlagen ermöglichen solare Jahres-Deckungsraten von rd. 40 bis 70 % (in Einzelfällen auch mehr), wobei in den Sommermonaten eine Volldeckung des Warmwasserbedarfs anzustreben ist, um einen unwirtschaftlichen Teillastbetrieb des
Wärmeerzeugers in der Heizungsanlage in dieser Zeit zu vermeiden.
Unverschattete Süddächer mit einer Neigung von ca. 30 bis 45 Grad bieten die günstigsten Voraussetzungen für solare
Trinkwassererwärmungsanlagen und ermöglichen hohe
Energieausbeuten von etwa 400 bis 500 kWh/m
2 im Jahr. Auf Flachdächern ist die optimale Ausrichtung durch Aufständerung der Kollektoren möglich. Bei Südabweichung (südwest- oder südöstlich orientierte Dächer) kann die
Energieausbeute durch Vergrößerung der Kollektorflächen erhöht werden. Kollektoren für Solaranlagen zur
Trinkwassererwärmung sind üblicherweise
Flachkollektoren mit selektiver Beschichtung und transparenter Abdeckung oder auch
Vakuum-Röhren-Kollektoren. In unseren Breitengraden werden fast ausschließlich Systeme mit Zwangsumlauf und als
Wärmeträger ein
Wasser-Glykol-Gemisch (Sole) eingesetzt. Dadurch können diese Anlagen ganzjährig und mit Systemnutzungsgraden von 30 % bis 40 % betrieben werden. In ganzjährig frostfreien Regionen kann auf
Frostschutzmittel im Kollektorkreislauf verzichtet werden, auch sind dann so genannte
Thermosiphonanlagen mit oben liegenden Warmwasserspeicher möglich.
Der
Warmwasserspeicher sollte schlank und hoch gebaut sein, um die thermische Schichtung zu begünstigen. Eine durchgehende, effektive
Wärmedämmung mit möglichst wenigen Durchdringungsstellen von Anschlüssen im warmen Bereich ist vorteilhaft. Des Weiteren ist eine ausreichende Dimensionierung, angepasst an den Warmwasserbedarf (Ermittlung nach
DIN 4708) und dem Solarertrag, erforderlich. Verschiedene Speicherausführungen sind möglich. Bei kleineren Speichern (Volumen größer gleich 400 Liter) sind diese mit zwei innen liegenden
Wärmetauschern (idealerweise Edelstahl-Glattrohrwärmetauscher) ausgestattet. Systeme mit kostengünstigen
Stahl- und Kunststoffspeichern als Puffer mit getrennter Warmwasserbereitung über einen separaten Platten-, Rohrbündel- oder Glattrohrwärmetauscher werden vor allem für große
Brauchwasseranlagen eingesetzt. Die Anforderungen des DVGW Arbeits-blattes W 551 „
Legionellenschutz“ sind unbedingt zu beachten. Hier bietet sich auch die Kombination mit einer
Frischwasserstation (FWS) an.
Faustregeln zur Berechnung solarer Trinkwarmwasserbereitung:
-
Pro Person etwa 1 m
2 bis 1,5 m
2 Flachkollektorfläche bzw. 0,8 m
2 bis 1 m
2 Vakuumröhrenkollektorfläche.
- Das
Trinkwasserspeichervolumen sollte 60 bis 80 Liter je m
2 Kollektorfläche betragen, was dem 1,5 bis 2-fachen Tagesbedarf an Warmwasser entspricht.
- Die
Systemkosten betragen je nach Fabrikat zwischen 400 EUR/m
2 und 1.500 EUR/m
2 Kollektorfläche inklusive aller Materialien und Montagekosten.
Eine
thermostatische Mischarmatur wird dann notwendig, wenn das
erwärmte Trinkwasser eine hohe Speichertemperatur hat. Dies ist besonders der Fall, wenn der
Speicher über eine
thermische Solaranlage aufgeheizt wird. Aber auch in
Mehrfamilienhäusern muss die
Speichertemperatur aus
hygienischen Gründen auf
> 60 °C gehalten werden. Diese Armatur regelt die
Wassertemperatur zu den Zapfstellen auf
ca. 40 °C runter.
Die Armatur kann
zentral am
Trinkwassererwärmer oder
dezentral vor den Zapfstellen eingebaut werden. Eine dezentrale Anordnung wird immer dann notwendig, wenn in der Anlage Zapfstellen vorhanden sind, die eine höhere Warmwassertemperatur verlangen (z. B. Küchen).
Der im Ausgangsstutzen zentral angeordnete hochempfindliche Thermostat steuert eine Regulierhülse, die in Abhängigkeit der Mischwassertemperatur den Zustrom von Kalt bzw. Warmwasser regelt. Der Steuerkolben besitzt auf der Kalt- und Warmwasserseite Weichdichtungen, die einen dichten Abschluss auf der Warmwasser-seite bei Ausfall der
Kaltwasserversorgung, unter Voraussetzung, dass die Warmwassertemperatur min. 10 K höher ist als die eingestellte Mischwassertemperatur und eine Unterbrechung der
Kaltwasserzufuhr bei Ausfall der Warmwasserversorgung.
In der
Zirkulationsleitung muss ein
Rückflussverhinderer eingebaut werden, der verhindert, dass an den Zapfstellen
Kaltwasser über die Zirkulationsleitung beigemischt wird.