Warum für hohe Kollektortemperaturen Wasser der bessere Wärmeträger ist

Der Messecenter in Wels

Duschen, Händewaschen oder auch (solar vorgewärmt) Geschirrspülen: Im Wohnbereich sind Trinkwassertemperaturen zwischen 30 und 60 Grad normal. Für Niedertemperaturheizungen reichen zum Teil Vorlauftemperaturen von 30 – 35 Grad aus.

Hohe Kollektortemperaturen für hohe Deckungsgrade und Prozesswärme

Die Kollektortemperaturen müssen jedoch deutlich höher sein. Nur dann kann der Öl- oder Gaskessel möglichst lange am Stück außer Betrieb bleiben oder sogar ersetzt werden, zum Beispiel durch einen Pellet- oder Stückholzofen als Back-up für die Solarheizung. Hohe Kollektortemperaturen werden auch immer wichtiger für solare Prozesswärme, z.B. für Waschanlagen oder Lacktrocknung. Die benötigten Temperaturen liegen im Bereich bis 100 Grad, was mit “normalen” Vakuumröhrenkollektoren gut machbar ist. Anlagen mit Kollektortemperaturen bis zu 300 Grad schaffen durchaus auch noch mehr.

Mit den Temperaturen steigt auch die Beanspruchung der Solaranlage

Wer sich für ein solches System entscheidet, muss auch wissen, dass hohe Kollektortemperaturen die Anlagenbauteile und das Wärmeträgerfluid stark in Anspruch nehmen – besonders in Zeiten thermischer Stagnation, die ein ganz normaler Betriebszustand bei Solaranlagen ist. Anlagenbauteile können dabei korrodieren, und bei Extremtemperaturen kann das Glykol im Wärmeträger cracken – denn die meisten Anlagen werden mit Wasser-Glykol-Gemisch betrieben.

Für hohe Temperaturen ist Wasser die bessere Alternative

Die Alternative dazu ist Wasser als Wärmeträger. Reines Wasser geht natürlich auch in Dampf, aber es kondensiert wieder und “zerlegt” sich nicht. Welche Kollektorhöchsttemperaturen zu erwarten sind, kann man übrigens auch aus den Datenblättern der Solar Keymark Datenbank herauslesen. Die höchsten Kollektortemperaturen bis um die 300 Grad wird man bei Vakuumröhrenkollektoren finden.

Vorteile von Wasser als Wärmeträger

Reines Wasser ist nicht nur kostengünstiger und weniger anfällig bei thermischer Stagnation. Es hat gegenüber dem Glykolgemisch auch noch weitere positive Eigenschaften:

  • höhere Wärmespeicherfähigkeit
  • höhere Wärmeleitfähigkeit
  • geringere Zähigkeit (Viskosität)
  • geringerer Druckverlust
  • günstigere Strömungseigenschaften in der Solaranlage und, damit zusammenhängend:
  • bessere Wärmeübertragung
  • umweltfreundlich

Vorteile für die solare Heizung

Für die Heizanlage bedeutet das:

  • geringeres Puffervolumen erforderlich
  • höherer Deckungsgrad und bessere Wärmeausbeute im Winter
  • wartungsärmer, kostengünstiger im Betrieb (kein Frostschutzmittel)
  • höhere Wärmeausbeute
  • direkte Einbindung der Solaranlage in ein bestehendes Heizungsnetz möglich
  • bei Nutzung für Heizwärme ist kein zusätzlicher Wärmetauscher erforderlich (es fließt nur Wasser im Heizkreislauf)
  • ansonsten kann der Wärmetauscher kleiner dimensioniert werden (bessere Wärmeübertragung)

Im Bereich einzelner Wohnhäuser ist vieles machbar – wenn die Anlage gut konfiguriert ist, sodass sie selten in die thermische Stagnation geht. Bei Kollektoren mit niedrigerem Wirkungsgrad arbeitet man z.B. mit größeren Speichern und mehr Kollektorfläche, und die Kollektortemperaturen bleiben in einem Bereich, wo Cracken kein Problem ist.

Doch spätestens bei Großanlagen z.B. für die solare Prozesswärme macht es einen riesen Unterschied, ob der Kollektor hohe Temperaturen bei gleichzeitig geringen Wärmeverlusten bringt oder nicht. Und dann ist ein wassergeführtes System unschlagbar, um möglichst ganzjährig solare Energie bereit zu stellen. Für den Frostschutz im Winter werden nur ca. 2 – 3 % der zuvor erzeugten Solarwärme verbraucht, bei dieser Anlage in Wels (auf dem Titelfoto zu sehen) sogar nur 1 %. Dafür belohnt das System aber auch mit einer 10 – 15 Prozent höheren Wärmeausbeute als ein vergleichbares, mit Wasser-Glykol-Gemisch befülltes System.

Obwohl die meisten Systeme noch immer mit Glykolanteil betrieben werden, wird in Leistungstests und in Simulationsprogrammen mit Wasser gerechnet. Die physikalischen Unterschiede zwischen beiden Wärmeträgern herauszurechnen, erlauben die Tests und Programme nicht. auf diese Weise werden Effizienz und zu erwartende Erträge von Solaranlagen mit Frostschutzmittel optimistischer eingeschätzt als realistisch ist – zu Lasten der Systeme, die tatsächlich nur mit Wasser arbeiten…

Foto: Ritter XL Solar GmbH

[su_box title=”Disclaimer” style=”glass” box_color=”#758a3e”]Herausgeber dieses Blogs ist die Rittter Gruppe – ein Hersteller von Hochleistungs-Vakuumröhrenkollektoren welche Wasser als Wärmeträger verwenden.  Paradigma ist eine Marke der Ritter Gruppe. [/su_box]

mal geteilt
image_pdf

Kommentar verfassen

Ihre Emailadresse wird nicht veröffentlicht.Pflichtfelder sind so gekennzeichnet *

Erlaubtes HTML <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>