Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei Kombianlagen zur solaren Brauchwasserbereitung und Heizungsunterst\u00fctzung besteht mit zunehmender Gr\u00f6\u00dfe und G\u00fcte der Kollektoren das Problem, dass in den Sommermonaten gro\u00dfe \u00dcbersch\u00fcsse erzielt werden, was zu Anlagenstillstand und Materialproblemen (Kollektoren, Frostschutzmittel) f\u00fchrt.
\nBei der Entwicklung sollte die Problematik der sommerlichen \u00dcberschussw\u00e4rme und der Frostschutzmittelzerst\u00f6rung durch zwei Ans\u00e4tze behoben werden:
\n1.\tEntwicklung von Kollektoren mit reduziertem Solarertrag im Sommer und erh\u00f6htem Ertrag zwischen Herbst und Fr\u00fchjahr entsprechend dem Hausw\u00e4rmebedarf.
\n2.\tEntwicklung einer Systemtechnik ohne Frostschutzmittel.Durch den Verzicht auf Frostschutzmittel soll gleichzeitig der W\u00e4rmetauscher f\u00fcr den Solarkreis entfallen. Das Wasser des Heizkreises soll direkt durch die Kollektoren str\u00f6men und somit mit maximaler Effizienz erw\u00e4rmt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUm eine Solaranlage ohne Frostschutzmittel zu entwickeln, wurden folgende drei Techniken oder Kombination daraus einem systematischen Vergleich unterzogen.
\nDrain back-System, aktiver Frostschutz und die Verwendung von elastisch dehnbaren Leitungen oder Leitungen mit integrierten Dehnk\u00f6rpern, um die Volumenausdehnung beim Einfrieren von Wasser aufzunehmen. Aufgrund von Recherchen, Gespr\u00e4chen mit Anwendern vergleichbarer Anlagenkonzepte eige-ner Simulationen und experimenteller Untersuchungen wurde das Anlagenkonzept festgelegt. Hohe Solarertr\u00e4ge im Winter erfordern Kollektoren mit geringen W\u00e4rmeverlusten. Die in dem Projekt vorgesehenen Sydney-Vakuumr\u00f6hren mit hochselektiver Beschichtung und Konzentration der Solarstrahlung durch CPC-Reflektoren sind hierf\u00fcr pr\u00e4destiniert. Durch gezielte Gestaltung des CPC-Reflektors sollte das Verh\u00e4ltnis der winterlichen zu den sommerlichen Ertr\u00e4gen so beeinflusst werden, dass die Sommer\u00fcbersch\u00fcsse reduziert und der Ertrag w\u00e4hrend der Heizperiode erh\u00f6ht wird. F\u00fcr die drain-back-Systemvariante musste ein leerlaufendes W\u00e4rmeabf\u00fchrsystem entwickelt werden. F\u00fcr die Kollektoranbindung und insbesondere die Dachdurchf\u00fchrung musste eine leerlaufgeeignete, wetterfeste und fehlerunanf\u00e4llige L\u00f6sung entwickelt werden. Eine Voraussetzung des drain-back Konzeptes in Verbindung mit einem gr\u00f6\u00dferen H\u00f6henunterschied zwischen Kollektoren und Auffanggef\u00e4\u00df ist der Einsatz einer Pumpe mit erh\u00f6htem F\u00f6rderdruck. Die Anforderungen an eine solche Pumpe sind: lange Laufzeit, geringe Ger\u00e4uschentwicklung und geringer Stromverbrauch. In einer breit angelegten Recherche und ausf\u00fchrlichen Tests wurde nach einer geeigneten Pumpe gesucht.
\nDer in dem solaren Heizsystem eingesetzte Speicher baut auf der von der DBU gef\u00f6rderten Entwicklung eines Schichtenspeichers mit integrierten Thermosiphonw\u00e4rmetauschern auf. Die an das neue System angepasste Konstruktion erfordert eine direkte Entnahme und Einspeisung des Speicherwassers f\u00fcr den Solarkreis, die Integration eines R\u00fccklaufvolumens f\u00fcr den Kollektorinhalt und eine in die Speicherkonstruktion integrierte Pumpengruppe. In einem Regler mussten sowohl die Betriebsfunktionen als auch ei-ne Reihe von Sicherheitsfunktionen vorgesehen werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Eine Vielzahl unterschiedlicher Anlagenschemata sowohl f\u00fcr drain-back als auch aktiven Frostschutz wurden recherchiert oder neu ausgearbeitet und gepr\u00fcft. Die Verwendung von Dehnk\u00f6rpern schied aufgrund der hohen Temperaturen im Kollektor aus, als zus\u00e4tzliche Sicherheit sind diese Techniken jedoch wichtig. Aufbauend auf den Recherchen und Voruntersuchungen wurden beide untersuchten Konzepte – aktiver Frostschutz sowie Leerlaufen des Kollektors – in einer Detailanalyse einander gegen\u00fcbergestellt. Als risiko\u00e4rmste und marktn\u00e4chste L\u00f6sung wurde der Ansatz eines drucklosen drain-back Systems ausgew\u00e4hlt. Die Heizungskopplung erfolgt hier \u00fcber einen W\u00e4rmetauscher (Systemtrennung). Grunds\u00e4tzlich ist auch hier die direkte Ankopplung spezieller Heizsysteme m\u00f6glich. Eine entsprechende Systemtechnik soll nach Abschluss dieses Projektes entwickelt werden.
\nVerschiedene hydraulische und regelungstechnische Konzepte wurden untersucht und erprobt. Aus einer Vielzahl von Kollektorkonzepten, Einfrier- und Leerlaufversuchen wurde eine geeignete Konstruktion festgehalten. Dabei konnte die Gestaltung der Kollektoroptik zur Bevorzugung der Winterertr\u00e4ge nicht realisiert werden, da keine praxistaugliche L\u00f6sung gefunden wurde.
\nBei einer umfangreichen Pumpenrecherche und Tests wurde eine geeignete Pumpe (Kreiselpumpe mit 11 m F\u00f6rderdruck) gefunden. Diese Neuentwicklung wurde w\u00e4hrend der Projektlaufzeit zur Serienreife gebracht. Da durch diese Pumpe das Wasser zur\u00fcckflie\u00dfen kann, ist ein einfacher hydraulischer Aufbau m\u00f6glich. Zur Vorbeugung gegen Sch\u00e4den durch Installationsfehler wurden weitgehend einfriersichere Komponenten, insbesondere Verbindungsleitungen aus Kunststoff und eine bei unvollst\u00e4ndiger Entleerung frostsichere Kollektorverrohrung erarbeitet.
\nIm Sommer 2000 wurden zwei Versuchs- und anschlie\u00dfend 3 Feldtestanlagen gebaut. Diese Anlagen sind gro\u00dfteils seit Winter 2000\/01 in Betrieb. Die Testerfahrungen sind wertvoll. Trotz diverser Fehler sind keine Frostsch\u00e4den am Kollektor, und keine durch Frost oder hohe Temperaturen zerst\u00f6rten Kunststoffleitungen aufgetreten. Aber es gab einige Punkte, die verbessert werden mussten, um einen st\u00f6rungsfreien Betrieb in der Serie sicherzustellen. Ende 2001 wurden alle Testanlagen auf Nullserienstand gebracht und eine Nullserie von 5 Anlagen gebaut. Die Tests werden auch nach Projektabschluss weiterhin betreut.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das System Solar Pur wurde erstmals im Fr\u00fchjahr 2001 auf der ISH-Messe in Frankfurt und im Sommer des gleichen Jahres auf der intersolar in Freiburg der \u00d6ffentlichkeit vorgestellt. Au\u00dferdem wurde es mit einem Beitrag auf dem 11. Symposium Thermische Solarenergie pr\u00e4sentiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen dieses Projektes wurde eine L\u00f6sung f\u00fcr eine frostschutzmittelfreie Solaranlage zur kombinierten Heizungsunterst\u00fctzung erarbeitet. Es zeigte sich, dass die Aufgabenstellung im Detail recht komplex und anspruchsvoll war. Aus diesem Grunde wurde die urspr\u00fcngliche Zielsetzung in zwei Punkten modifiziert: der Kollektor weist keine Optik zur Winterbevorzugung auf und die Anlage ist vorerst hydraulisch vom Heizkreis entkoppelt. Mit den genannten \u00c4nderungen konnte eine vom apparativen Aufwand einfache und risikoarme L\u00f6sung entwickelt und in der Anwendung getestet werden. Die Praxistests erwiesen sich als sehr wertvoll und haben es erm\u00f6glicht, Problempunkte aufzudecken, die im Labor nicht erkannt worden waren.
\nZum Zeitpunkt des Projektabschlusses wird eine Nullserie von 5 Anlagen installiert. Bei erfolgreichem Betrieb soll das System Solar Pur noch in 2002 in die Serienproduktion und Vermarktung gehen. Das Interesse am Markt ist bereits gro\u00df, denn das System bietet wesentliche Vorteile:
\n\u00b7\tsehr einfache Installation, Inbetriebnahme und Wartung,
\n\u00b7\tsichere, langlebige Systemtechnik,\u00b7\tverbesserter Wirkungsgrad,
\n\u00b7\teine gegen\u00fcber bisherigen Systemen verbesserte \u00d6kobilanz und Energieamortisation.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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