Kamin

Entstehung, Bau und Livedaten einer Vakuumröhren – Kollektoranlage



Übertemperaturschutz/Solarkühlung/Stagnationsverhinderung


Dieses Thema wird in der Solargemeinde kontrovers diskutiert.
Was kann passieren? In geschlossenen Solaranlagen, wie der unseren (und nur auf solche beziehen sich die folgenden Aussagen) kann folgendes passieren:
In den Hocheinstrahlungsmonaten (war bei uns schon im ersten Betriebsmonat Oktober 2006 der Fall) fällt zuweilen mehr Energie an, als das Haus samt Speicher abnehmen kann.

Wenn nur die „üblichen“ Vorkehrungen getroffen wurden, erreicht die Solarflüssigkeit eine Temperatur, bei der zunächst der Wasseranteil im Überhitzungsbereich (also im Kollektor) verdampft. Solarflüssigkeit besteht aus einem Gemisch von Wasser, Glykol und anderen, Inhibitoren genannten, Zusätzen. Die weitere Darstellung ist vereinfacht, beschreibt aber das Kernproblem.
Die Wasserverdampfung erfolgt im Kollektor und in den verbundenen Rohren nach Literaturangaben bis zu 10 m vom Kollektor entfernt. Das ISFH berichtet sogar von bis zu 70 m Dampfausbreitung, allerdings bei nur 1,5 bar Anlagendruck. Der Volumenzuwuchs wird bei voraussetzungsgemäss richtiger Auslegung vom Solarausdehnungsgefäss aufgefangen, desgleichen sorgt selbiges für beherrschbaren Druckanstieg.

Was dann? Hat man sogenannte selbstentleerende Kollektoren, drückt der Wasserdampf das verbleibende Glykol sowie die sonstigen Bestandteile der Solarflüssigkeit aus dem Heissbereich des Kollektors. Alles gut? Nicht unbedingt.
Es verbleiben natürlich Flüssigkeitsreste im Kollektor, die weiter erhitzt werden. Nach Erhitzung zerlegt sich das Glykol, es crackt. Dabei entsteht eine bräunliche, teerähnliche Masse, die sehr schwer und kostenaufwendig zu entfernen ist. Hersteller behaupten normalerweise, dass dies nichts ausmache, da die Mengen gering seien. Auch nach 10 -15 Jahren?
Bei nicht selbst entleerenden Kollektoren passiert genau dasselbe, nur in viel größerem Umfang, da größere Mengen Glykol im Kollektor verbleiben und durch die Hitzeeinwirkung zerstört werden. Einsichtig, dass man zur Entfernung des zerlegten Glykols weite Bereiche der Solaranlage entleeren und mit einer Spezialflüssigkeit spülen muß (wenn das reicht!). Sollten Sie eine in Betrieb befindliche Solaranlage besichtigen können und entdecken im Überlaufgefäß eine bräunliche Flüssigkeit oder Reste davon: Dieser Anlageneigner hat ein Problem!

Und dann sind danach noch die nunmehr leeren Kollektoren, aus Kupfer gefertigt für gute thermische Eigenschaften. Die werden heiß! Angegeben werden Stillstandstemperaturen von ca. 200° C aufwärts für Flachkollektoren, bis zu 400° C im Inneren von Vakuumröhrenkollektoren. Wenn dann mit Eintritt der Nacht die Kollektoren wieder abkühlen kondensiert der Dampf, was nicht immer problemlos erfolgt. Dampfschläge können auftreten, werden in der Regel unangenehm empfunden, und richtig gut tun sie der Anlage auch nicht. Wir halten es für das Beste, es dazu gar nicht kommen zu lassen!

Natürlich gibt es hierfür mehrere Möglichkeiten, angefangen vom Heizen des Swimmingpools bis man Wäsche darin kochen kann über die Beheizung von Teilen des Hauses im Sommer bis hin zur planvollen Kühlung der Solarspeicher in der Nacht, damit man am nächsten Tag wieder Sonnenenergie aufnehmen kann.
Letzteres geht nur über Flachkollektoren, Vakuumröhrenkollektoren geben wegen des Vakuums kaum Energie nach außen ab.

Wir kühlen planvoll und automatisch über den T 300 geregelt. Sowie der T 300 sensiert, dass die Kollektortemperatur einen einstellbaren Schwellwert erreicht hat, wird die heiße Solarflüssigkeit im Vorlauf über den ebenfalls vom T 300 angesteuerten Bypass (Honeywell Centra) über einen Luftkühler geleitet. Das ist ein Luftheizer LH 63 von Wolf, außen am Haus angebracht, dessen 2-stufiger Lüfter natürlich auch vom T 300 angesteuert wird. Damit wird erreicht, dass nicht nur die Kollektoren überhitzungsfrei arbeiten, auch die Komponenten der Solaranlage im Haus verbleiben im zulässigen Temperaturbereich. Letztlich, auch das ist wichtig für uns, arbeitet das gesamte System ohne manuellen Eingriff automatisch. Von Wolf wurde die Stern/Dreieck – Umschaltung des Lüftermotors zur Schaltung und Drehzahlsteuerung mit erworben, was günstiger war als Selbstbau.
*Hinzugelernt: Statt des teuren Proportionalmischers-Mischers (hier von Honeywell Centra) kann man ohne weiteres ein preiswertes Dreiwegeventil verwenden. Eine Proportionalmischung, wie anfangs angenommem, ist unnötig.

Und noch einen Vorteil hat diese Lösung, die noch nicht angesprochen wurde:
Um die Solaranlage selbst aufbauen zu können, wurde Presstechnik und Kupferrohr verwand. Die dort benutzten FKM – Dichtungen haben ein Temperaturlimit von 140° C. Das halten wir somit einfach ein.

Kühlung

Natürlich haben wir auch Beschattungslösungen an Stelle der Kühlung in Betracht gezogen. Sieht man sich den folgenden Bericht (Link) an, erhält man einen Eindruck, was das bei 9 Kollektoren bedeutet hätte. Hinzu kommt die Frage, ob die Windlast bei dieser Anlagengröße beherrschbar gewesen wäre.

Der am Kühler zu erkennende absperrbare Solarentlüfter ist der einzige seiner Art im System. Diese Stelle ist anderweitig problematisch zu entlüften.

Nachbemerkung: In den Unterlagen zum MAZDON 30 ist zu lesen, dass eine ausgeklügelte Mechanik im Kollektor (Memorymetallventil) die Temperatur desselben auf 150° C begrenzt.
Gleichzeitig steht da, dass die verwendete Solarflüssigkeit EcoSOL-VT 250°C eben selbige Temperatur aushält. Glauben wir das etwa nicht?! Mitnichten, wir glauben das! Die Temperatur von 150° C bezieht sich hier nur auf den Kondensatorkopf der Vakuumröhren, der über besagten Memorymetallschalter von der Heatpipe getrennt wurde. Da wir aber auch für die Heatpipe mitbezahlt haben, sorgen wir uns auch um selbige. Nach Auftrennen des Wärmetransports scheint die Sonne ohne Erbarmen weiter. Da zumindest wir nicht wissen, was dann in unseren allein gelassenen Heatpipes passiert, kümmern wir uns lieber präventiv um selbige und sorgen dafür, dass diese nicht zu heiß werden. Von den genannten Eigenschaften der Stagnationsfestigkeit müssen wir dann Gebrauch machen, wenn unsere Anlagensteuerung einmal versagen sollte. Hoffentlich nie!!!

Neuere Ergebnisse des ITW Stuttgart deuten darauf hin, dass das Einhalten von tieferen Kollektortemperaturen sich positiv auf die Lebensdauer und das Alterungsverhalten auswirkt ("QuanKoll",6.2.07)