Solarthermie-2000 – Teilprogramm 2 - Solar - so heizt man heute

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gerdurchsatz durch das Feld (in l/(h·m 2 )) gegenüber der Parallelschaltung reduziert werden,
da jeder der hintereinandergeschalteten Kollektoren zwangsweise vom Gesamtvolumenstrom
des Strangs durchflossen wird. Für den Einzelkollektor wird dabei der spezifische
Volumenstrom so groß, dass unangeströmte Ecken nicht entstehen können /6/.
Solche Solarsysteme mit geringer spezifischer Durchströmung des Kollektorfeldes (Gesamtvolumenstrom
des Kollektorfeldes dividiert durch seine Gesamtfläche) werden als
Low-Flow-Anlagen bezeichnet. Während bei Anlagen mit Standard-Durchströmung der
spezifische Volumenstrom bei etwa 30 bis 45 l pro Stunde und pro Quadratmeter aktiver
Absorberfläche liegt, beträgt er bei Low-Flow-Systemen nur etwa 12 bis 15 l/(h·m 2 ).
Low-Flow-Systeme haben sich in den letzten Jahren immer stärker durchgesetzt. Die Mehrzahl
der Solaranlagen aus Teilprogramm 2 von Solarthermie-2000 wurde derart konzipiert.
Es sind zahlreiche Punkte zu beachten, damit die Vorteile, die die Low-Flow-Technik bietet,
nicht durch Effizienzeinbußen aufgehoben werden. Wir haben den Eindruck, dass die
Abstimmung aller Komponenten bei Low-Flow-Systemen meist eher intuitiv erfolgt. Im
Folgenden wird daher ausführlich auf diese Technik und die Voraussetzungen für ihre Anwendung
eingegangen.
Zusammen mit den Kollektorkennwerten, den meteorologischen Bedingungen, der Temperatur
im Solarspeicher u.v.a. bestimmt der Volumenstrom durch die Kollektoren maßgeblich
die Differenz zwischen Kollektorein- und -auslauftemperatur. Aus diesen beiden Temperaturen
kann durch die hinreichend genaue lineare Mittelwertbildung die (mittlere) Arbeitstemperatur
eines Kollektors bestimmt werden. Je höher die Arbeitstemperatur des Kollektors
ist, desto schlechter ist bei gleichbleibender Umgebungstemperatur sein Wirkungsgrad.
Verringert man bei gleichbleibender Eintrittstemperatur den Volumenstrom durch einen
Kollektor, so steigt seine Austrittstemperatur an. Dies hat zugleich eine höhere mittlere
Arbeitstemperatur und damit eine Effizienzeinbuße zur Folge. Dieser negative Effekt kann
vollständig kompensiert werden, wenn bei niedriger spezifischer Felddurchströmung (Low-
Flow) die Einlauftemperatur in die Kollektoren so stark abgesenkt wird, dass sich dieselbe
mittlere Arbeitstemperatur wie bei Standard-Durchströmung ergibt. Wie stark die Einlauftemperatur
abgesenkt werden müsste, um bei verringertem Durchsatz denselben Kollektorwirkungsgrad
wie mit Standard-Durchströmung zu erhalten, ist in /25/ beschrieben.
Das Beispiel in Tab. 6.1 zeigt, dass die Einlauftemperatur beim Low-Flow-System erheblich
unter der beim System mit Standard-Durchströmung liegen muss, will man für beide
Anlagen die gleiche mittlere Kollektorarbeitstemperatur erzielen. Die in der Tabelle für
das Low-Flow-System angegebene Kollektoreinlauftemperatur von 24 °C entspricht in
etwa dem sommerlichen Minimalwert, der erreicht werden kann. Zwar liegt die Kaltwassertemperatur
im Sommer nur bei ca. 14 °C, zwischen den einzelnen Wärmeübertragungsstufen
(Kollektor Speicher Kaltwasser) treten jedoch Temperatursprünge
auf. In der Praxis liegt die niedrigste erreichbare Eintrittstemperatur für den Kollektor
daher um etwa 10 K über der Kaltwassertemperatur, also bei dem in Tab. 6.1 für das
Low-Flow-System angegebenen Wert von 24 °C. Diese Temperatur wird aber nur dann
erreicht, wenn im Solarspeicher eine sehr gute Temperaturschichtung beibehalten werden
kann. Verwirbelungen im Speicher sind also durch geeignete Maßnahmen mög-