Besonders in thermischen Solaranlagen für die Heizungsunterstützung, aber auch bei überdimensionierten Anlagen, kommt es hauptsächlich in den Sommermonaten zur Stagnation, die sich grundsätzlich negativ auf die Bauteile und die Solarflüssigkeit auswirken. Auch wenn eine Solaranlage in dieser Zeit keine Wärmeabnahme hat, so z. B. in der Urlaubszeit, werden besondere Maßnahmen notwendig.
Natürlich ist eine Anlage, die nur zur Trinkwassererwärmung verwendet werden soll, richtig auszulegen. Weniger ist mehr. Diese Anlagen werden nicht in Stagnation gehen. Bei diesen Anlagen ist auch die Möglichkeit einer Rückkühlung über die Kollektoren (Flachkollektoren) während der Nachtstunden regelungstechnisch vorgesehen. Vakuumröhrenanlagen benötigen besondere Kühlelemente (Heizkörper, Flächenheizung), weil diese schlecht über die Wärmetauscher an den Kollektoren kühlen können.
Thermische Solaranlagen, die zur Heizungsunterstützung ausgelegt werden, sind in den Sommermonaten logischerweise immer zu groß ausgelegt. Ein größerer Pufferspeicher oder eine Veränderung der Steilheit der Kollektoren würde keinen nenneswerten Erfolg bringen. Ein automatisches Drehen der Röhren ist noch nicht auf dem Markt. Auch eine natürliche Beschattung durch Laubbäume würde die Leistung während der Übergangszeiten mindern.
Wenn diese Anlagen nicht geteilt werden können, so ist hier der Einsatz eines Beschattungssystems notwendig. Diese Systeme sind in der Fenstertechnik bekannt und müssten nur auf die Solartechnik (Flachkollektoren) umgesetzt werden. Diese Rollos, Rollläden oder Jalousien könnten automatisch betrieben werden. Ein Wintergarten-Rolladen kann auch zur Beschattung von Kollektoren der thermischen Solaranlgen genutzt werden. Vakuumröhren können nur mit Außenelementen beschattet werden, was evtl. Probleme mit der Windlast bringen könnte.
Außenliegende, regelbare Sonnenschutzsysteme (Jalousien, Markisen, Rolladen) sind am effektivsten. Süd-Ost bzw. Süd-West ausgerichtete Fenster und Dachflächenfenster haben einen wesentlich höheren Energieeintrag als eine vertikale Südverglasung. Bei der Wahl der geeigneten Beschattung spielen Faktoren wie Blend- bzw. Sichtschutz, Lichtlenkung und die Integration des Sonnenschutzes in die architektonische Gestaltung eine wesentliche Rolle. Hier wird der Wärmeeintrag in das Gebäude verhindert. Die Sonneneinstrahlung reduziert sich um 70 - 75 %.
Sonnen- und Windsensoren erleichtern die Bedienung und schützen die wertvollen außenliegenden Jalousien, Markisen, Rollladen, Fensterläden, Sonnensegel und Sonnenschirme vor einer Zerstörung. Wenn das Wetter wechselt, dann sorgt eine Sensorautomatik dafür, dass z. B. die Markise oder der Rollladen automatisch ausfährt, sobald die Sonne scheint und zieht sich von selbst zurück, wenn eine Beschattung nicht mehr notwendig ist oder stärkerer Wind aufkommt.
Kühl- und Rückkühlfunktionen sind aber immer die erste Wahl.
 

Schutzanlage für thermische Solaranlagen


Kubertor-Solaranlage-Schutz
Quelle: ITS-tec GmbH

Um eine größtmögliche Effizienz im Winter zu erreichen, werden thermische Solaranlagen entsprechend groß ausgelegt. Damit es in den Sommermonaten nicht zum Wärmestau bzw. zur Stagnation kommt, müssen in bestimmten Situationen Maßnahmen (z. B. das Kubertor-System, Beschattungssysteme) vorhanden sein, um Schäden an den Anlagen zu verhindern. Außerdem verbessert es die Amortisierungsrate, verringert die Instandhaltungskosten und schützt alle Komponenten der Primärkreise.
Die Systeme lassen sich in neue Anlagen und in Anlagen, die bereits in Betrieb sind, installieren. Sie sollten automatisch und an elektronische Steuereinheiten der Anlagen oder ein einem thermischen Thermostat angeschlossen werden und mit dem Pufferspeicher oder den Kollektoren verbunden sein.

Mit dem Kubertor-System erreicht man
• Thermoschutz für thermische Solaranlagen
• Warmwasserherstellung / Temperaturschutz
• automatische Temperaturüberwachung
• Abschattung / Solarkollektorenschutz
• Temperaturüberwachung der Solaranlage
• Solaranlagenüberhitzungsschutz
• Schutz vor Wärmestau bzw. Stagnation in Solaranlagen.

Kubertor ist ein System, das mithilfe der elektronischen Steuereinheiten automatisch funktioniert. Wenn die Temperatur des Systems die voreingestellten Bereiche erreicht, wird Kubertor aktiviert und deckt die Paneele vollständig ab. Es wird ein thermisches Relais mit einer thermischen Sonde verbunden und, je nach Eigenschaften, am Ausgang des letzten Kollektors oder am Pufferspeicher der Anlage angebracht. Das System kann in thermischen Solaranlagen abzudecken mit Vakuumröhrenkollektoren und Flachkollektoren eingesetzt werden.

Der Aufbau besteht aus einer Mittelachse und zwei Seitenführungen. Ein Kasten enthält einen Motor, das Abdeckungsmaterial (Textilien) und elektrische Anschlüsse. An den Enden dieser Mittelachse sind die Seitenführungen installiert, die dort umlaufen, wo in Kufen die Textilien ausfahren. Der Kubertor kann oben oder unten am Kollektor montiert werden. In die Seitenschienen rasten vier Stützen ein, die an den Montageplatten verankert sind. Diese Anlage funktioniert basierend auf den eingegebenen Temperaturparametern. Von diesem Zeitpunkt an funktioniert sie unabhängig von elektrischer Energie und hat genügend Autonomie für 10 aufeinanderfolgende bewölkte Tage.


Kubertor-Solaranlage-Schutz
Quelle: ITS-tec GmbH

Durch den Einsatz dieser Systeme müssen die Anlagenbesitzer im Sommer
die überschüssige Wärme nicht mehr "vernichten".

KUBERTOR – Schutzanlage für thermische Solaranlagen - ITS-tec GmbH

Beschattungen
Fenster-Beschattungsmöglichkeiten
Quelle: LAMILUX Heinrich Strunz GmbH


Heat - Pipe - CPC - Röhrenkollektor mit hagelsicherer Glasabdeckung
Quelle: Changzhou He Jia Solar Energy Limited Co. / Vacano GmbH

Um Schäden an Sicherheitseinrichtungen (Sicherheitsventil, Entlüftungsventil) zu vermeiden, sind die Vakuumflachkollektoren mit einem Vorhang aus PTFE (Polytetrafluorethylen) ausgestattet, der die Röhren automatisch über die Anlagensteuerung teilweise oder voll abdeckt. Dadurch kann eine Stagnation bei einer zu geringen oder keiner Wärmeabnahme (extreme Sonneneinstrahlung, längerer Abwesenheit, Anlagen zur Heizungsunterstützung) vermieden werden.
Diese Lösung ist optimal für größere heizungsunterstützende Anlagen oder für Anlagen mit kleineren Speichern. Ein CPC-Spiegel ermöglicht eine nahezu 360° Nutzung der Solareinstrahlung.

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Das Glas ist mit einer LCD-Folie belegt. Schwachstrom regt die Kristalle der Folie an, sich auszurichten. Über eine Programmierung kann nun bestimmt werden, ob die Scheibe glasklar oder milchig sein soll.
Eine nette Idee, aber wohl noch ein wenig kostspielig.
Quelle: Blueplot Stefan Schuster
Für Gewächshäuser und Wintergärten stehen Außenbeschattungen in ausgereifter Technik zur Verfügung. Gleiches gilt für Verdunklungstechniken von normalen Fenstern. Beispielsweise wurde ein Rollladen in München entwickelt, der speziell für Neubauten ausgelegt ist. Die Verschattungsmechanik ist bei diesem Modell bereits auf dem Fenster angebracht, so dass beides in nur einem Arbeitsschritt eingesetzt werden kann. Darüber hinaus gibt es noch verschiedenste andere Ausführungen von Rollläden. Dabei handelt es sich meist um Aluminiumkonstruktionen. Eine andere Methode zur Außenbeschattung sind z. B. Gewebe, die über federgelagerte Aluminiumrollen gestrafft werden und somit der Windlast standhalten.

Aussenbeschattung
Alitex Deutschland KG

Rollladen mit Lamellen
Werner Fink

Schrägrollladen
Schanz GmbH

RollladenSOWERO Bauelemente

Rollladen
Agentur Zach

 

Rollladen
Argentur Zach

Solar-Markise
Dickson

Funksteuerung
STOBAG AG

 
Quelle: VELUX Deutschland GmbH
Die Technik ist vorhanden, warum werden diese Systeme nicht auch für thermische Solaranlagen angeboten?

Hier wird ein System angeboten

Solarbeschattungssystem
Quelle: WeserSolar GmbH & CO.KG
Verschattungssysteme machen die Solarthermie unwirtschaftlich, sind aber unter bestimmten Bedingungen eine relativ einfache Lösung.


Flachkollektor "Vitosol 200-F" mit schaltender Absorberschicht

Oberhalb von 75 °C Kollektortemperatur erhöht sich die Abstrahlung um ein Vielfaches. So wird im Stagnationsfall eine Überhitzung und Dampfbildung zuverlässig verhindert.


Vakuum-Röhrenkollektor „Vitosol 300-T“ mit Phasenwechsel-Temperaturabschaltung
Quelle: Viessmann Werke GmbH & Co. KG
Innovative Kollektoren schützen die Anlage vor Überhitzung
Die Firma Viessmann bietet schaltende Flach- und Röhrenkollektoren an, die Solarthermie-Anlagen vor Überhitzung schützen sollen. Die selbstregelnden Solar-Kollektoren verhindern eine Überhitzung und Dampfbildung. Das Problem in der Praxis ist, dass große Solar-Kollektorflächen im Sommer zu langen Stagnationszeiten mit Dampfbildung führen, weil die zur Verfügung stehende Wärme nicht genutzt werden kann.
Mit einer neuen Absorberbeschichtung im Flachkollektor "Vitosol 200-F" steht jetzt neben der Phasenwechsel-Temperaturabschaltung im Vakuum-Röhrenkollektor "Vitosol 300-T" ein selbstregelnder Solar-Kollektor zur Verfügung, der eine Überhitzung und Dampfbildung zuverlässig verhindert. Diese arbeiten unabhängig von Anlagengestaltung und der vorhandenen Regelungseinstellungen.

Der patentierte Flachkollektor "Vitosol 200-F" mit schaltender Absorberschicht unterbindet bei Erreichen einer bestimmten Temperatur die weitere Energieaufnahme. Das Prinzip beruht auf einer Absorberbeschichtung mit schaltenden Schichten, die abhängig von der Kollektortemperatur ihre Kristallstruktur und damit ihren Absorptions- bzw. Reflexionsgrad verändert.
Über einer Absorbertemperatur von ca. 75 °C ändert sich die Kristallstruktur, wodurch sich die Reflexion der auftreffende Solarstrahlung stark erhöht. So sinkt bei steigenden Kollektortemperaturen die Leistung, die Stagnationstemperaturen sind geringer und eine Stagnation (Dampfbildung) wird unterbunden.
Der Vakuum-Röhrenkollektor "Vitosol 300-T" mit Phasenwechsel-Temperaturabschaltung nutzt das Heatpipe-Technik. Die solare Wärme verdampft die Flüssigkeit innerhalb der Heatpipe und übergibt die Wärme nach der anschließenden Verflüssigung im Kondensator an den Pufferspeicher.
Der Dampf in der Heatpipe kann bei Temperaturen über 145 °C nicht mehr kondensieren. Durch diese Phasenwechsel-Temperaturabschaltung wird die Wärmeübergabe unterbrochen und die Anlage ist gegen zu hohe Stagnationstemperaturen geschützt. Erst bei niedrigeren Kollektortemperaturen starte der Kreislauf in der Heatpipe erneut.
Bei Vakuum-Röhrenkollektoren ist jede Vakuum-Röhre über die Längsachse drehbar. Dadurch können sie optimal zur Sonne ausgerichtet werden. Aber auch das Drehen aus der Sonne, was in Anlagen zur Heizungsunterstützung im Sommerbetrieb ist möglich. Denn diese Anlagen sind nur für die Trinkwassererwärmung im Sommerbetrieb immer viel zu groß ausgelegt. Die Folge ist, dass diese Anlagen mit hoher Temperatur in Stagnation gehen. In vielen Fällen wird durch die Ausrichtung der Röhren mit den Absorberflächen eine unnötiges Abführen von überschüssiger Wärme durch sinnfreie Lösungen (Pool, Heizkörper an der Außenwand oder im Keller) oder eine Beschattung unnötig.
Direkt durchströmte Vakuumkollektoren auch für eine horizontale Montage auf dem Flachdach oder senkrechte Montage an der Fassade
Quelle: SOLTOP Schuppisser AG
 
Wenn jemand ein Beschattungssytem speziell für Solaranlagen kennt, freue ich mich auf eine E-Mail.

Hagelschlag
 
Da es bei vielen Gewittern auch zu Hagelschlag kommt, ist die Hagelbeständikeit der Kollektoren bzw. der Beschattungssysteme ein wichtiger Faktor bei der Auswahl.

Kollektoren und die Beschattungsysteme (Dachfenster, Terrassen, Wintergarten) sind durch Hagelschlag je nach Region und Kollektortyp verschieden stark gefährdet. Es sind deshalb nicht alle Kollektoren für jeden Standort gleich gut geeignet. Das Schadenpotential ist von der Häufigkeit eines Hagelschlages und den dabei auftretenden Korngrössen abhängig.
Wenn ein Hagelsturm vorbeigezogen ist, dann müssen die Kollektoren auf eventuelle Schäden kontrolliert werden. Vakuumröhrenkollektoren sind besonders leicht zu prüfen, da die Röhren anlaufen, wenn das Vakuum nicht mehr vorhanden ist. Dadurch können defekte Röhren leicht identifiziert und ausgetauscht werden. Bei Flachkollektoren wird die Glasabdeckung zerstört. Schwieriger ist es bei Solarzellen bzw. PV-Modulen. Glasschäden an den Modulen sind leicht zu erkennen. Wenn aber der Hagel keine sichtbaren Spuren hinterlassen hat, ist es schwieriger, die defekten Module herausfinden. Auf jeden Fall muss die Anlage überprüft werden. Hier kann eigentlich nur noch ein Sachverständiger helfen und defekte Module identifizieren. Danach können die beschädigten Kollektoren oder Module erneuert werden.
Quelle: Paradigma

Die Kollektoren sollten nach DIN EN 12975-2 auf ihre Hagelbeständigkeit mit einer Korngöße von 25 mm geprüft sein. Auch die Steilheit der Kollektoren kann einer Beschädigung entgegen wirken, wobei großer Winkel am wirkungsvollsten ist, was bei einer Anlage mit Heizungsunterstützung sowieso der Fall sein sollte.


Quelle: Bausachverständiger Dipl. Bauing. Schmalfuß

Hagelgefährdung in Europa

Klassierung von I = geringe Gefährdung bis V = hohe Gefährdung

Quelle Swiss Re

Schwere Hagelstürme in Deutschland und Europa
Michael Kunz, Susanna Mohr & Heinz Jürgen Punge

Videoclip: Hagel - Wie man Gebäude davor schützt -
Baulicher Bevölkerungsschutz für alle Wetterlagen
Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe
Quelle: KilletSoft
Windlastzonen

Das Windklima ist von der Firma C. Killet in einer Windzonenkarte erfasst. Darin sind über einen langen Zeitraum gemittelte Windgeschwindigkeiten für verschiedene geographische Regionen als Windlastzonen (WLZ) dargestellt. Deutschland ist in vier Windlastzonen eingeteilt.
Windlastzone 1 < 22,5 m/s
Windlastzone 2 < 25,0 m/s
Windlastzone 3 < 27,5 m/s
Windlastzone 4 - 30,0 m/s
 
Schneelast
Auch die Schneelasten haben eine große auswirkung auf die Haltbarkeit von haustechnischen Anlagen, so z. B. bei Windkraft- und Solaranlagen, Dachflächenheizungen, Außenjalousien, Markisen und Rolläden.
Quelle: KilletSoft

Schneelastzonen und Orte

Schneelastenrechner
Besonders durch Schneelasten kommt es immer wieder zu Schäden an Gebäuden und hier speziell an Dächern. Die Druckbelastung (Flächenlast), die durch den Schnee entstehen kann, wird immer noch unterschätzt. Die Schneelasten sind von der Klimazone und die Höhenlage abhängig. Das Schneeklima wird von der Firma C. Killet in einer Schneelastzonenkarte erfasst, welche die Schneeintensität für verschiedene geographische Regionen angibt.

In Deutschland gibt es die Zonen 1 bis 3 und die Zonen 1a und 2a. Die Schneehöhe ändert sich überproportional zur Höhenlage, deshalb muss auch diese Einflussgröße berücksichtigt werden. Bei der Berechnung der Dachstatik und bei der statischen Dimensionierung von Solarthermie- und Photovoltaikanlagen ist die Schneelast neben der Windlast ein wichtiger Berechnungsfaktor.
Schneeart
Dichte (kg/m3)
trockener Pulverschnee
30 bis 50
normaler Neuschnee
50 bis 100
feuchter Neuschnee
100 bis 200
trockener Altschnee
200 bis 400
feuchter Altschnee
300 bis 500
Firn
500 bis 800
Natürlich muss die Gebäudeversicherung auch alle Risiken beinhalten (Sturm, Blitzschlag, Hagelschaden, Überspannung, Feuer, Marderverbiss, Vandalismus, Diebstahl, ....). Hier kann der Nachweis einer Blitzschutzanlage, der Nachweis einer Windlastberechnung und die Hagelbeständigkeit der Kollektoren nach DIN EN 12975-2 gefordert werden. Bei der Versicherung von Photovoltaikanlagen kann evtl. eine spezielle Versicherung notwendig werden.
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