Mit den Viessmann Solarkollektoren Sonnenenergie einfangen

Grundsätzlich bilden die Solarkollektoren den Kern einer thermischen Solaranlage. Wie der Name bereits verrät, sammeln sie die Sonnenstrahlen ein. Anschließend erfolgt die Umwandlung in nutzbare Wärme, die Sie im Haus wiederum für die Warmwasserbereitung oder zusätzlich zur Heizungsunterstützung nutzen können. Damit sparen Sie nicht nur Energiekosten, sondern tragen auch aktiv dazu bei, dass weniger CO₂ durch Verbrennung fossiler Brennstoffe in die Atmosphäre gelangt.

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Grundprinzip und Arten

Abgesehen von einigen technischen Sonderlösungen werden in Deutschland hauptsächlich Kollektoren verwendet, in denen ein Wärmeträgermedium zirkuliert. Dabei handelt es sich in der Regel um ein Gemisch aus Wasser und dem Frostschutzmittel Glykol. Das Medium befindet sich dabei in einer Röhre. Je nachdem wie diese genau verbaut sind, lassen sich die Kollektortypen Röhren- und Flachkollektoren unterscheiden. Beiden gemein ist jedoch, dass ein Absorber die Sonnenstrahlung in Wärme umwandelt. Ein Wärmeträgermedium nimmt die Wärme auf und leitet sie aus dem Kollektor hinaus. Dieser Vorgang findet in jedem Kollektor statt.


Vakuum-Röhrenkollektoren - Prinzip der Thermoskanne

Beim Röhrenkollektor ist der Absorber ähnlich wie bei einer Thermoskanne in eine unter Vakuum gesetzte (evakuierte) Glasröhre eingebaut. Das Vakuum besitzt sehr gute Wärme­dämmeigenschaften und ermöglicht weniger Wärmeverluste. Dies ist insbesondere bei hohen Kollektortemperaturen von Vorteil, speziell also unter Betriebsbedingungen wie sie bei der solaren Heizungsunterstützung üblich sind.

Schnitt durch den Röhrenkollektor Vitosol 300-TM

Dabei lassen sich die Röhrenkollektoren prinzipiell nach ihrer Bauform unterscheiden: Bei direkt durchströmten Vakuum-Röhrenkollektoren zirkuliert der Wärmeträger durch Absorberrohre innerhalb der Röhren. Beim Heatpipe-Prinzip durchströmt das Wärmeträgermedium die Röhren nicht ­direkt. Stattdessen verdampft ein Medium (in der Regel Wasser) in dem Kupferrohr unter dem Absorber. Am oberen Ende der Röhren kondensiert der Dampf im sogenannten Kondensator – hier wird die Energie dann im Sammler an das Wärmeträgermedium weitergegeben. Die Heatpipe-Kollektoren haben den Vorteil einer sicheren Wärmeabnahme.

Viessmann bietet folgende Vakuum-Röhrenkollektoren nach dem Heatpipe-Prinzip an:

●  Vitosol 300-TM
●  Vitosol 200-TM


Flachkollektoren - mäanderförmige Röhren

Bei Flachkollektoren ist der Absorber in der Regel durch ein Gehäuse aus beschichtetem Stahlblech, Aluminium oder Edelstahl und einer Frontabdeckung aus eisenarmem Solarsicherheitsglas dauerhaft vor Witterungs­einflüssen geschützt. Eine Antireflex (AR)- Beschichtung des Glases kann zusätzlich die Reflexion reduzieren. Eine Wärmedämmung des Kollektorgehäuses verringert Wärmeverluste.

Schnitt durch den Flachkollektor Vitosol 200-FM

Das Absorberrohr ist mäanderförmig ausgeführt, was eine sichere Durchströmung des Kollektors gewährleistet. Das Absorberrohr ist auch in den Bögen komplett durchgeschweißt, und sorgt somit für optimalen Wärmeübergang – auch an den Rändern. Die Bodenplatte ist umlaufend mit dem Kollektorrahmen verbunden. Die Glasabdichtung ist mit einem flexiblen, witterungs- und UV-beständigen Dichtungsmaterial nahtlos ausgeführt.

Viessmann bietet folgende Produkte an:

●  Vitosol 200-FM
●  Vitosol 100-FM
●  Vitosol 141-FM


Richtige Planung und Installation der Solarkollektoren

Sonnenkollektoren werden aufgrund ihrer vielfältigen Konstruktionsformen in nahezu allen Gebäudekonzeptionen sowohl im Neubau als auch bei der Modernisierung am Gebäude oder in dessen Nähe installiert. Sie können auf Schrägdächern, Flachdächern und an Fassaden angebracht oder im Gelände frei aufgestellt werden. Kollektor und Befestigung bilden dabei eine statische Einheit. Viessmann hat für alle gängigen Dachtypen und passend für alle Kollektoren komplette statisch geprüfte Systeme im Programm – das bedeutet größte Sicherheit bei Planung und Installation.


Befestigungsmöglichkeiten für Viessmann Sonnenkollektoren

Befestigungsmöglichkeiten

A Schrägdach
B Fassade/Balkongeländer
C Flachdach
D Flachdach waagerechte Montage (nur Vitosol 200-TM und Vitosol 300-TM)
E Freistehende Montage


Neigung und Ausrichtung der Kollektoren entscheidend

Die für die Wärmeerzeugung nutzbare Energiemenge ist dann am größten, wenn die Strahlung im rechten Winkel auf die Kollektorfläche trifft. Dies ist in unseren Breiten auf horizontaler Fläche nicht zu erreichen. Mit der entsprechenden Neigung der Kollektorfläche kann jedoch nachgeholfen werden. Daneben entscheidet auch die Ausrichtung über die richtige Nutzung der Sonnenenergie. Auf der Nordhalbkugel ist eine Ausrichtung nach Süden optimal.


Verschattung der Sonnenkollektoren vermeiden

Bei der Auswahl der Montagefläche ist sorgfältig darauf zu achten, dass Gebäude oder Bäume keine Schatten auf den Kollektor werfen können. Von einem nach Süden ausgerichteten Kollektor aus betrachtet sollte deshalb der Bereich zwischen Südost und Südwest frei von Verschattung sein, und zwar mit einem Winkel zum Horizont nicht größer 20°. Wichtig: Eine Verschattung ist nur in den Morgen- und Abendstunden tolerierbar.

Abbildung: Draufsicht und Seitenansicht Verschattungssituation
Draufsicht und Seitenansicht Verschattungssituation

Dachintegration (A) und Aufdachmontage (B)

Installation der Kollektoren: Aufdachmontage und Dachintegration

Ob Aufdachmontage oder Dachintegration – in jedem Fall sind die Kollektoren statisch sicher und unter Berücksichtigung von Regendichtigkeit zu montieren. Bei Viessmann Montagesystemen sind alle Komponenten zur Montage genau darauf abgestimmt. Bei Aufdachanlagen werden Kollektor und Dachstuhl miteinander verbunden, um eine statisch sichere Montage zu gewährleisten. Pro Befestigungspunkt durchdringt ein Bauteil die wasserführende Ebene unterhalb des Kollektors. Bei der Dachintegration wird der Flachkollektor anstatt der Dacheindeckung installiert. Der Kollektor liegt damit statisch sicher auf dem gesamten Verbund aus Latten und Sparren auf. Zur sicheren Wasserführung wird unterhalb des Kollektors eine zusätzliche Dichtebene eingebaut.

A Dachintegration
B Aufdachmontage


Leistungskennwerte - Was ist wichtig?

Ein zentraler Wert, den Sie vor dem Kauf einer Solarthermie beachten sollten, ist der Kollektorwirkungsgrad. Er beschreibt den Anteil der Sonnenstrahlung, der in nutzbare Wärmeenergie umgewandelt wird. Dieser Wert wird nach der europäischen Norm EN 12975 ermittelt und Sie finden ihn in den Datenblättern der Geräte.

Wird der Wirkungsgrad der Solarthermiekollektoren ermittelt, werden die Energieflüsse und damit die Wärmeverluste berücksichtigt. So kann nicht das gesamte Licht, was die Flächen erreicht, zur Wärmeerzeugung genutzt werden (optische Verluste). Zudem geht auch ein kleiner Teil der von den Kollektoren erzeugten Wärme verloren (thermische Wärmeverluste).


Energieflüsse im Kollektor

Energieflüsse im Kollektor

A Einstrahlung auf Kollektor
E Erwärmung des Absorbers durch Strahlungsleistung

Optische Verluste
B Reflexionen an der Glasscheibe
C Absorption an der Glasscheibe
D Reflexion am Absorber

Thermische Verluste
F Wärmeleitung des Kollektormaterials
G Wärmestrahlung des Absorbers
H Konvektion


Überhitzungsschutz durch Temperaturabschaltung ThermProtect

Wird dem Kollektor keine Wärme entzogen (weil die Pumpe steht und die Wärmeträgerflüssigkeit nicht mehr zirkuliert), erhitzt sich der Kollektor bis zur sogenannten Stillstandstemperatur. Mit zunehmender Temperaturdifferenz zur Umgebung steigt das Risiko zur Überhitzung. Stillstandstemperaturen von 200 Grad Celsius und mehr führen zu unerwünschten Effekten. Das Solarmedium verdampft und dehnt sich rasch und weit im Solarkreis aus. Durch die hohe thermische Belastung der Komponenten und des Wärmeträgermediums selbst kommt es zu Schäden.


Charakteristische Wirkungsgrade

Charakteristische Wirkungsgrade

Mit zunehmender Temperaturdifferenz zur Umgebung steigt das Risiko zur Überhitzung.Kollektoren mit Überhitzungsschutz bieten hier Vorteile.

 


ThermProtect und Heatpipe-Prinzip als Schutz vor Überhitzung

Viessmann begegnet diesem Phänomen mit einer speziellen Absorberbeschichtung - ThermProtect. Dabei strahlt der Absorber mit zunehmender Erwärmung mehr und mehr Wärme ab. Dadurch steigen zwar die Wärmeverluste des Kollektors, gleichzeitig nimmt die Kollektortemperatur aber nur noch wenig zu und die Stillstandstemperatur liegt deutlich unter den üblichen Werten. Doch wie funktioniert das genau?

Durch ThermProtect verändert sich die Kristallstruktur der Flachkollektoren. Damit ändern sich ebenso die optischen Eigenschaften und das bereits bei einer Temperatur ab 75 Grad Celsius. Damit steigen die Innentemperaturen der Kollektoren nicht über 145 Grad Celsius. Sinken die Temperaturen wieder, geht die Kristallstruktur wieder in den ursprünglichen Zustand über.

Bei den Vakuum-Röhrenkollektoren kommt im Gegenzug das Heatpipe-Prinzip zum Einsatz, um die Anlage vor Überhitzung zu schützen. Bei zu hoher Sonneneinstrahlung und sinkender Wärmeabnahme setzt die phasenweise Temperaturabschaltung ein. Das blockiert die Kondensation am Wärmetauscher. Das Wärmeträgermedium kann sich nicht mehr verflüssigen und es wird keine Wärme mehr transportiert. Dies setzt erst wieder ein, wenn die Temperatur innerhalb des Solarkreises gesunken ist.

Bei Temperaturen von über 145 °C kann sich das dampfförmige Wärmeträgermedium im Kondensator des Vakuum-Röhrenkollektors Vitosol 300-T nicht mehr verflüssigen, der Wärmetransport ist dadurch minimal.