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Beschattungssysteme - Thermische Solaranlagen

Autoren
OldBo
20.04.2020
Besonders in thermischen Solaranlagen für die Heizungsunterstützung, aber auch bei überdimensionierten Anlagen, kommt es hauptsächlich in den Sommermonaten zur Stagnation, die sich grundsätzlich negativ auf die Bauteile und die Solarflüssigkeit auswirken.
Solarbeschattungssystem
 Solarbeschattungssystem
Quelle: WeserSolar GmbH & CO.KG
Beschattungsmöglichkeiten
 Beschattungsmöglichkeiten
Quelle: LAMILUX Heinrich Strunz GmbH
Außenbeschattung durch Gewebe
 Außenbeschattung durch Gewebe
Quelle: Alitex Deutschland KG
Rolladen mit Lamellen
 Rolladen mit Lamellen
Quelle: Werner Fink
Rolladen
 Rolladen
Quelle: SOWERO Bauelemente

Besonders in thermischen Solaranlagen für die Heizungsunterstützung, aber auch bei überdimensionierten Anlagen, kommt es hauptsächlich in den Sommermonaten zur Stagnation - thermische Solaranlagen, die sich grundsätzlich negativ auf die Bauteile und die Solarflüssigkeit auswirken. Auch wenn eine Solaranlage in dieser Zeit keine Wärmeabnahme hat, so z. B. in der Urlaubszeit, werden besondere Maßnahmen notwendig.

Natürlich ist eine Anlage, die nur zur Trinkwassererwärmung verwendet werden soll, richtig auszulegen. Weniger ist mehr. Diese Anlagen werden nicht in Stagnation gehen. Bei diesen Anlagen ist auch die Möglichkeit einer Rückkühlung über die Kollektoren (Flachkollektoren) während der Nachtstunden regelungstechnisch vorgesehen. Vakuumröhrenanlagen benötigen besondere Kühlelemente (Heizkörper, Flächenheizung), weil diese schlecht über die Wärmetauscher an den Kollektoren kühlen können.

Thermische Solaranlagen, die zur Heizungsunterstützung ausgelegt werden, sind in den Sommermonaten logischerweise immer zu groß ausgelegt. Ein größerer Pufferspeicher oder eine Veränderung der Steilheit der Kollektoren würde keinen nenneswerten Erfolg bringen. Auch eine natürliche Beschattung durch Laubbäume würde die Leistung während der Übergangszeiten mindern.

Wenn diese Anlagen nicht geteilt werden können, so ist hier der Einsatz eines Beschattungssystems notwendig. Diese Systeme sind in der Fenstertechnik bekannt und müssten nur auf die Solartechnik (Flachkollektoren) umgesetzt werden. Diese Rollos oder Jalousien könnten automatisch betrieben werden. Ein Wintergarten-Rolladen kann auch zur Beschattung von Kollektoren der thermischen Solaranlgen genutzt werden. Vakuumröhren können nur mit Außenelementen beschattet werden, was evtl. Probleme mit der Windlast bringen könnte. Ein automatisches Drehen der Röhren ist noch nicht auf dem Markt.

Außenliegende, regelbare Sonnenschutzsysteme (Jalousien, Markisen, Rolladen) sind am effektivsten. Süd-Ost bzw. Süd-West ausgerichtete Fenster und Dachflächenfenster haben einen wesentlich höheren Energieeintrag als eine vertikale Südverglasung. Bei der Wahl der geeigneten Beschattung spielen Faktoren wie Blend- bzw. Sichtschutz, Lichtlenkung und die Integration des Sonnenschutzes in die architektonische Gestaltung eine wesentliche Rolle. Hier wird der Wärmeeintrag in das Gebäude verhindert. Die Sonneneinstrahlung reduziert sich um 70 - 75 %.

Eine Sonnen- und Windautomatik erleichtert die Bedienung und schützt die wertvollen außenliegenden Jalousien, Markisen, Rollladen, Fensterläden, Sonnensegel und Sonnenschirme vor einer Zerstörung. Wenn das Wetter wechselt, dann sorgt eine Sensorautomatik dafür, dass z. B. die Markise oder der Rollladen automatisch ausfährt, sobald die Sonne scheint und zieht sich von selbst zurück, wenn eine Beschattung nicht mehr notwendig ist oder stärkerer Wind aufkommt.

Kühl- und Rückkühlfunktionen sind aber immer die erste Wahl.

Für Gewächshäuser und Wintergärten stehen Außenbeschattungen in ausgereifter Technik zur Verfügung. So gibt es z. B. Gewebe, die über federgelagerte Aluminiumrollen gestrafft werden und somit der Windlast standhalten. Aber auch Rolläden gibt es in verschiedensten Ausführungen.

Wenn jemand ein Beschattungssytem speziell für Solaranlagen kennt, freue ich mich auf eine E-Mail.

Vorhang im Vakuumflachkollektor
Heat - Pipe - CPC - Röhrenkollektor mit hagelsicherer Glasabdeckung (Vakuum Flachkollektor HFC-2-S)
 Heat - Pipe - CPC - Röhrenkollektor mit hagelsicherer Glasabdeckung (Vakuum Flachkollektor HFC-2-S)
Quelle: Changzhou He Jia Solar Energy Limited Co. / Vacano GmbH
Um Schäden an Sicherheitseinrichtungen (Sicherheitsventil, Entlüftungsventil) zu vermeiden, sind die Vakuumflachkollektoren mit einem Vorhang aus PTFE (Polytetrafluorethylen) ausgestattet, der die Röhren automatisch über die Anlagensteuerung teilweise oder voll abdeckt. Dadurch kann eine Stagnation bei einer zu geringen oder keiner Wärmeabnahme (extreme Sonneneinstrahlung, längerer Abwesenheit, Anlagen zur Heizungsunterstützung) vermieden werden.

Diese Lösung ist optimal für größere heizungsunterstützende Anlagen oder für Anlagen mit kleineren Speichern. Ein CPC-Spiegel ermöglicht eine nahezu 360° Nutzung der Solareinstrahlung.
Selbstregelnde Solarkollektoren
Flachkollektor "Vitosol 200-F" mit schaltender Absorberschicht
 Flachkollektor "Vitosol 200-F" mit schaltender Absorberschicht
Quelle: Viessmann Werke GmbH & Co. KG
Oberhalb von 75 °C Kollektortemperatur erhöht sich die Abstrahlung um ein Vielfaches. So wird im Stagnationsfall eine Überhitzung und Dampfbildung zuverlässig verhindert.
 Oberhalb von 75 °C Kollektortemperatur erhöht sich die Abstrahlung um ein Vielfaches. So wird im Stagnationsfall eine Überhitzung und Dampfbildung zuverlässig verhindert.
Quelle: Viessmann Werke GmbH & Co. KG
Vakuum-Röhrenkollektor „Vitosol 300-T“ mit Phasenwechsel-Temperaturabschaltung
 Vakuum-Röhrenkollektor „Vitosol 300-T“ mit Phasenwechsel-Temperaturabschaltung
Quelle: Viessmann Werke GmbH & Co. KG
Die Firma Viessmann bietet schaltende Flach- und Röhrenkollektoren an, die Solarthermie-Anlagen vor Überhitzung schützen sollen. Die selbstregelnden Solar-Kollektoren verhindern eine Überhitzung und Dampfbildung. Das Problem in der Praxis ist, dass große Solar-Kollektorflächen im Sommer zu langen Stagnationszeiten mit Dampfbildung führen, weil die zur Verfügung stehende Wärme nicht genutzt werden kann.
Mit einer neuen Absorberbeschichtung im Flachkollektor "Vitosol 200-F" steht jetzt neben der Phasenwechsel-Temperaturabschaltung im Vakuum-Röhrenkollektor "Vitosol 300-T" ein selbstregelnder Solar-Kollektor zur Verfügung, der eine Überhitzung und Dampfbildung zuverlässig verhindert. Diese arbeiten unabhängig von Anlagengestaltung und der vorhandenen Regelungseinstellungen.

Der patentierte Flachkollektor "Vitosol 200-F" mit schaltender Absorberschicht unterbindet bei Erreichen einer bestimmten Temperatur die weitere Energieaufnahme. Das Prinzip beruht auf einer Absorberbeschichtung mit schaltenden Schichten, die abhängig von der Kollektortemperatur ihre Kristallstruktur und damit ihren Absorptions- bzw. Reflexionsgrad verändert.

Über einer Absorbertemperatur von ca. 75 °C ändert sich die Kristallstruktur, wodurch sich die Reflexion der auftreffende Solarstrahlung stark erhöht. So sinkt bei steigenden Kollektortemperaturen die Leistung, die Stagnationstemperaturen sind geringer und eine Stagnation (Dampfbildung) wird unterbunden.

Der Vakuum-Röhrenkollektor "Vitosol 300-T" mit Phasenwechsel-Temperaturabschaltung nutzt das Heatpipe-Technik. Die solare Wärme verdampft die Flüssigkeit innerhalb der Heatpipe und übergibt die Wärme nach der anschließenden Verflüssigung im Kondensator an den Pufferspeicher.

Der Dampf in der Heatpipe kann bei Temperaturen über 145 °C nicht mehr kondensieren. Durch diese Phasenwechsel-Temperaturabschaltung wird die Wärmeübergabe unterbrochen und die Anlage ist gegen zu hohe Stagnationstemperaturen geschützt. Erst bei niedrigeren Kollektortemperaturen starte der Kreislauf in der Heatpipe erneut.

LCD-Folie
Glas - glasklar
 Glas - glasklar
Quelle: Blueplot Stefan Schuster
Glas - milchig
 Glas - milchig
Quelle: Blueplot Stefan Schuster
Das Glas ist mit einer LCD-Folie belegt. Schwachstrom regt die Kristalle der Folie an, sich auszurichten. Über eine Programmierung kann nun bestimmt werden, ob die Scheibe glasklar oder milchig sein soll.

Eine mögliche Idee, aber wohl noch ein wenig kostspielig.

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lowenergy schrieb: Bei ausschließlich Fußbodenheizung benötigst bei entsprechender Bauart der Hydraulik definitiv keinen zusätzlichen Pufferwasserspeicher im Hausheizkreis! Daher nochmal die Frage für wieviele Personen...
schorni1 schrieb: Der Wärmebedarf ist an sich linear zur Außentemperatur. Bei der örtlich festgesetzten niedrigsten Norm-Außentemperatur ist dieser 100% und läuft gegen Null an der Heizgrenze (zwischen 12 und 20 Grad außen)....
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