NEUE ENTWICKLUNGEN
Solaranlagen mit Schichtspeicher im Low Flow Betrieb
"Hinsichtlich der steigenden Zuwachsraten an installierter thermischer Solarkollektorfläche und des Potentials zur Verbesserung von Solarsystemen kann für Low Flow ein großer Marktanteil prognostiziert werden."
Seit 1990 sind in Österreich beträchtliche jährliche Zuwachsraten an installierter thermischer Solarkollektorfläche zu verzeichnen; während zu Beginn der 90er Jahre noch rund 80.000 m² Kollektorfläche jährlich installiert wurden, waren es 1995 schon 200.000 m² Kollektorfläche, die neu hinzukamen. Die Zuwachsraten liegen nicht nur im Einfamilienhausbereich zur Warmwasserbereitung, sondern zeigen sich auch bei teilsolaren Raumheizungsanlagen. Auch im Bereich größerer thermischer Solaranlagen, wie etwa im kommunalen Wohnbau, bei Krankenhäusern und Altersheimen sowie bei Beherbergungsbetrieben zeigt die Verbreitung von Brauchwasseranlagen eine steigende Tendenz. Mit dem Wachsen des Marktes geht die Weiterentwicklung der angebotenen Systeme einher, die eine Steigerung der Erträge von solarthermischen Anlagen und eine Reduktion der Investitionskosten zum Ziel hat.
Eine spezielle Art Solarkollektoren zu betreiben, stellt das "Low Flow Prinzip" dar. Diese neue Konzeption ist seit Beginn der 90er Jahre Gegenstand von Untersuchungen. Im Auftrag des Bundesministeriums für Wissenschaft und Verkehr ist nun die Studie "Solaranlagen mit Schichtspeicher im Low Flow Betrieb" von der ARGE Erneuerbare Energie erstellt worden. Diese Arbeit zeigt die dem Low Flow Betrieb zugrunde gelegten physikalischen Bedingungen auf und gibt einen Überblick über die am Markt erhältlichen Systeme.
Konventionell betriebene Anlagen (High Flow Betrieb) werden mit spezifischen Kollektormassenströmen von 35-70 kg/m²h betrieben. Die Temperaturdifferenz zwischen Kollektorvorlauf und Kollektorrücklauf liegt dabei innerhalb eines Bereichs von 15 K. Das Speichervolumen wird, gleichmäßige Einstrahlung vorausgesetzt, langsam bei jedem Kollektordurchlauf erwärmt, so wird das gewünschte Temperaturniveau relativ langsam erreicht. Bei Low Flow Anlagen fließen wesentlich geringere spezifische Kollektormassenströme von nur etwa 8-18 kg/m²h durch die Kollektoren. Der dadurch entstehende Temperatursprung zwischen Kollektorvorlauf und Kollektorrücklauf ist wesentlich höher, wobei die Vorlauftemperatur bereits Nutztemperaturniveau erreichen sollte. Um diese rasche Verfügbarkeit der Energie für den Verbraucher zu erhalten, werden in Low Flow Anlagen die Speicher über sogenannte Schichtladesysteme, temperaturorientiert beladen. Die hierfür am Markt erhältlichen Produkte reichen von elektrisch gesteuerten Ventilsystemen bis zu schwerkraftbewegten Membranklappen.
Sowohl die neue Studie als auch die Erfahrungen bei der Umsetzung von Solaranlagen zeigen, daß die Low Flow Technologie aufgrund folgender Vorteile ein großes Umsetzungspotential erwarten läßt:
- Reduktion der Investitionskosten durch kleinere Rohrquerschnitte und kleinere Umwälzpumpen.
- Einsparung von Pumpenergie durch die kleinere Umwälzpumpe.
- Reduktion der thermischen Verluste durch die minimierte Rohrleitungsoberfläche.
- In Abhängigkeit des Anwendungsfalles und der Systemdimensionierung können Deckungsgradsteigerungen bis zu 10 % erreicht werden.
- Die Systemtechnik kann durch die temperaturorientierte Speicherladung sehr einfach gehalten werden.
Allerdings stellt der Low Flow Betrieb neue Anforderungen an die einzelnen Anlagenkomponenten wie Speicher, Umwälzpumpe, Wärmetauscher oder Kollektorverschaltung. Ebenso müssen geeignete Dimensionierungswerkzeuge für die Komponenten gefunden werden. In diesen Bereichen besteht ein großer Bedarf an neuen Entwicklungen.
Abbildung 1: Schnitt durch den Pufferspeicher "Stratos" (Solvis, 1995)
Der "Stratos"-Energiespeicher ist mit einer speziellen Speicherbeladevorrichtung, dem Solvis Schichtenlader ausgestattet, der das solar erwärmte Medium direkt in die Schicht gleicher Temperatur führt. Die selbstregelnde Beladevorrichtung ermöglicht die Einschichtung verschiedener Wassertemperaturen in unterschiedliche Speicherhöhen. Der Schichtenlader besteht aus einem Polypropylen-Rohr, das oben offen ist und durch mehrere Auslässe mit weichen Silikonmembranklappen so verschlossen ist, daß kein Speicherwasser in das Rohr zurückströmen kann.
