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. 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. Vakuumröhren können nur mit Außenelementen beschattet werden, was evtl. Probleme mit der Windlast bringen könnte. Ein automatisches Drehen der Röhren ist noch nicht auf dem Markt.
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.

HFC-2-S Heatpipe Vakuumflachkollektor mit Verschattung - Vacano GmbH

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



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.

 

Quelle: Paradigma

Da es bei vielen Gewittern auch zu Hagelschlag und starken Sturmböen kommt, ist die Hagelwiderstandsfähigkeit der Sonnenschutz- bzw. Beschatungssysteme eine wichtige Voraussetzung bei der Auswahl. Außerdem sollte immer die Windlast und Schneelast berechnet werden. Die Sonnenschtutz- bzw. Beschattungssysteme sind durch Hagelschlag, Sturm und Schnee je nach Region und Lage verschieden stark gefährdet. Es sind deshalb nicht alle Sonnenschutzsysteme für jeden Standort gleich gut geeignet.

Da es bei vielen Gewittern auch zu Hagelschlag kommt, ist die Hagelbeständikeit der Sonnenschutzsysteme eine wichtige Voraussetzung bei der Auswahl.Die Sonnenschtutz- bzw. Beschattungssysteme sind durch Hagelschlag je nach Region und Lage verschieden stark gefährdet. Es sind deshalb nicht alle Sonnenschutzsysteme für jeden Standort gleich gut geeignet.
Das Schadenpotential ist von der Häufigkeit eines Hagelschlages und den dabei auftretenden Korngrössen abhängig. In den vergangenen Jahren verursachten Hagelschauer immer wieder hohe Schäden an Gebäuden. Der GDV (Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V.) nahm diese Entwicklung zum Anlass, einen Leitfaden zu baulichen Hagelschutz zu verfassen. Kürzlich veröffentlichte der Verband den 8. Entwurf zum Leitfaden "Gebäudeschutz vor Hagel: Leitfaden zu Gefahren, Risiken, Schutzkonzept und Schutzmaßnahmen" (VdS 6100) Die Einspruchsfrist des Konsultationsverfahrens läuft bis 1. Juni 2018.
Der Leitfaden soll erstmalig in Deutschland die Möglichkeit zum baulichen Hagelschutz aufzeigen. Hagel als Gefahr ist bisher weder bauordnungsrechtlich noch in Empfehlungen der Versicherer systematisch thematisiert. Die Broschüre des GDV's basiert auf Analyse der Risikomerkmale und -potenziale. Darin sind einige typische Schadenbeispiele und konkrete Empfehlungen für Industrie- und Gewerbeunternehmen strukturiert aufbereitet. Auch ein Ansatz zur vereinfachten Beurteilung der Hagelgefährdungen ist zu finden. Zudem sind die Schutzmaßnahmen den Phasen vor und während eines Hagelereignisses sowie nach einem Hagelereignis zugeordnet.
Ein Deutsches Hagelschutz-Register nicht geplant   Zum Nachweis der baulichen Hagelwiderstandsfähigkeit von Baustoffen und Bauteilen wird auf "die bewährten Prüfverfahren und Prüfbestimmungen in der Schweiz und in Österreich zurückgegriffen". Die Entwicklung und Fortschreibung der Prüfbestimmungen sollen durch den GDV begleitet werden. Bauprodukte und -arten, die nachweislich hagelwiderstandsfähig sind, können dem Hagelschutzregister der Schweiz und Österreich entnommen werden. Ein Hagelschutz-Register für Deutschland ist seitens des Verbandes nicht geplant.


Hagelgefährdung in Europa
Klassierung von I = geringe Gefährdung bis V = hohe Gefährdung
Quelle SwissRe
Hagelstürme in Europa
Hageltest Videos

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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