Lernfeld 12 · Prüfung Teil 2

Thermische Solaranlagen

Thermische Solaranlagen: Flach- und Röhrenkollektor, Ausrichtung, Ertrag, Kollektorwirkungsgrad, Stagnation und Inbetriebnahme erklärt.

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Darum geht es

Eine thermische Solaranlage wandelt Sonnenstrahlung im Kollektor in Wärme um. Die Solarflüssigkeit, meist ein Wasser-Glykol-Gemisch, transportiert die Wärme zum Speicher. Die Solarregelung vergleicht die Temperatur am Kollektorfühler mit der am unteren Speicherfühler und schaltet die Pumpe ein, sobald der Kollektor um einige Kelvin wärmer ist. Fällt der Unterschied, schaltet sie wieder ab.

Flachkollektoren sind günstig und robust. Vakuumröhrenkollektoren verlieren weniger Wärme und liefern deshalb bei niedriger Einstrahlung und großem Temperaturabstand mehr. In Deutschland richtest du Kollektoren möglichst nach Süden aus, die Neigung liegt für Trinkwasser meist zwischen 30° und 45°. Als Faustwert für die Trinkwassererwärmung gelten bei Flachkollektoren etwa 1 bis 1,5 m² je Person.

Ist der Speicher voll, schaltet die Pumpe ab, der Kollektor heizt sich weiter auf, und die Flüssigkeit verdampft. Diesen Zustand nennt man Stagnation. Ein Vorschaltgefäß schützt die Membran des Ausdehnungsgefäßes vor heißem Medium. Bei der Wartung prüfst du Druck, Frostschutz und pH-Wert; ist die Flüssigkeit sauer geworden, muss sie getauscht werden. Zur Inbetriebnahme gehören Spülen, Druckprüfung, Befüllen, Entlüften und Einstellen von Regelung und Volumenstrom.

Das solltest du dir merken

Die Solarpumpe läuft nur, wenn der Kollektor deutlich wärmer ist als der Speicher unten.
Stagnation ist ein normaler Betriebszustand, auf den die Anlage ausgelegt sein muss.
Ausrichtung nach Süden, Neigung grob 30° bis 45° für Trinkwasser.
Saure Solarflüssigkeit (pH unter 7) ist gealtert und muss erneuert werden.

Formeln

Kollektorleistung: $Q ˙ = A \cdot E \cdot η$; $Q ˙$ Wärmeleistung in W, $A$ Kollektorfläche in m², $E$ Einstrahlung in W/m², $η$ Kollektorwirkungsgrad als Dezimalzahl
Kollektorwirkungsgrad (linear): $η = η_{0} - a_{1} \cdot \frac{Δ T}{E}$; $η_{0}$ Konversionsfaktor, $a_{1}$ Wärmeverlustbeiwert in W/(m²·K), $Δ T$ Kollektor minus Außentemperatur in K, $E$ Einstrahlung in W/m²
Jahresertrag: $Q_{a} = A \cdot q_{a}$; $Q_{a}$ Jahresertrag in kWh, $A$ Kollektorfläche in m², $q_{a}$ spezifischer Ertrag in kWh/(m²·a)

Typische Fehler in der Prüfung

Wirkungsgrad in Prozent statt als Dezimalzahl in die Leistungsformel eingesetzt.
Stagnation für einen Defekt gehalten.
Ausdehnungsgefäß ohne Vorschaltgefäß zu nah am Kollektor angeschlossen.
Einschaltdifferenz der Regelung mit der Ausschaltdifferenz verwechselt.

Tipps aus der Werkstatt

Übliche Faustwerte für Solarthermie zur Warmwasserbereitung im Einfamilienhaus: etwa 1 bis 1,5 m² Flachkollektor je Person und rund 50 bis 70 l Speicher je m² Kollektorfläche. Damit deckt die Anlage ungefähr 60 % des jährlichen Warmwasserbedarfs.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

16 Aufgaben zu „Thermische Solaranlagen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Anlagenmechaniker/-in SHK (2016), Lernfeld 12; DIN EN 12975 Kollektoren; VDI 6002 Solare Trinkwassererwärmung. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.