Solarthermieanlage in Eigenregie

Die Idee:
Warmwassererwärmung mit der Kraft der Sonne zu vernünftigem Preis. Deshalb sollte der bestehende Warmwasserboiler, mit 400 Liter und nur einem Wärmetauscher auf jeden Fall weiterhin benutzt werden. Zudem finde ich es einfach ökologischen Schwachsinn etwas auszubauen und womöglich weg zu werfen, was noch tadellos funktioniert. Das mit dem qualifizierten Handwerker das Projekt zum Scheitern verurteilt war, ist mir nach den ersten Angeboten, die ich mir machen ließ, schnell klar geworden. Deshalb kam nur der Eigenbau der Anlage in Frage. Durch Zufall bin ich im Internet auf eine Seite gestoßen, wo jemand eine ähnliche Anlage aus gleichen Motiven heraus in Eigenregie zusammengestellt und gebaut hat. An der Stelle möchte ich mich nochmals recht sakrisch bedanken bei dem bayrischen Querdenker, der mir so hilfsbereit und unterstützend zur Seite steht. Ich bin mir nicht sicher ob ich das Projekt ohne seine Hilfe angegangen wäre.

Der Plan:
Den Solarkreislauf praktisch parallel zum bestehenden Warmwasserkreislauf anschließen. (siehe Bild unten Schema 1) Das setzt natürlich voraus das das System mit Wasser betrieben wird und im Winter eine Frostschutzfunktion aktiv wird. Dabei wird Wasser bei Bedarf kurzzeitig durch den Solarkreislauf gepumpt so das die Leitungen nicht gefrieren. Solche Systeme werden auch von manchen Firmen verkauft und das nennt man Aquasystem.

 
Um im Haus keine größere Baustelle zu eröffnen und auch um die Kollektoren optimal auszurichten, möchte ich die Anlage ebenerdig zum Heizraum auf einer Rasenfläche aufbauen.

Hier zwei mögliche Hydraulikpläne

Ich habe mich für Schema eins entschieden, weil es durch die zweite Pumpe einfacher zu regeln und auch flexibler ist, auch im Hinblick der Erweiterbarkeit. Das Schema habe ich mir selber ausgedacht. Die Rückschlagventile sind übrigens nicht zum Unterdrücken von ungewollter Konvektion, sondern damit die Kreisläufe richtig funktionieren. Ohne diese würde z.B. die WW - Pumpe im solaren Rücklauf ansaugen.

Die Umsetzung:

Hilti geliehen, Graben geschaufelt, Durchbruch durchs Fundament und Estrich gestemmt




Der Durchbruch durchs Fundament war gar nicht ohne. Das Fundament war 60 cm dick und das war selbst oder gerade mit der Hilti, die so einiges wiegt ein echter Kraftakt. Zum Schluss habe ich die Maschine kaum noch halten können und die nächsten zwei Tage tat mir alles weh. Der Graben ist am Haus etwa 65cm tief und fällt in Richtung Schacht auf ca. 80 cm.


Schacht ausgehoben, unten eingekiest für Versickerung, Baustahlmatte eingelegt



Im Schacht mache ich in der Bodenplatte einen kleinen Ablauf, den hier möchte ich ja den Solarkreislauf zur Not entleeren können. Zudem habe ich den Schacht für eventuelle Erweiterungen der Anlage eingeplant oder auch, was ich nicht hoffe, zum Austausch des Wellrohres, das vom Kollektor kommt, falls es doch einmal gefrieren sollte und dabei platzt.

Zwischendurch möchte ich ausdrücklich davor warnen dieses Projekt genauso nachzubauen, denn ich bin definitiv kein Fachman und übernehme keinerlei Garantie oder Haftung für entstehende blabla bla... Spass beiseite, ich möchte nur erwähnen das ich kein Fachmann bin, auch wenn es vielleicht manchmal recht fachmännisch aussieht. Nur damit ich hier keinen falschen Eindruck erwecke.

Bodenplatte Schacht betoniert

Schalung für Schacht gebaut

Bei der Schalung habe ich natürlich darauf geachtet das ich sie nach dem betonieren einfach zerlegen und entfernen kann.

Wellrohr mit 40mm Rockwool Rohrschalen isoliert und in KG Rohr eingeschoben

(hier leider schon im komplett eingebauten Zustand im Schacht, weil ich vergessen habe ein Bild zu machen)

Diese Rockwool Rohschalen sind übrigens deutlich billiger wie die Armaflexisolierung HT und sogar temperaturbeständiger (-250°C). Herkömliche Isolierung ist für die hohen Temperaturen die bei einer Solarleitung aufteten können nicht geeignet. Noch dazu sind die Rohrschalen mit 40mm dicker wie die Armaflex HT und die Wärmeleitfähigkeit ist auch noch ein Tick besser. Der einzige Nachteil ist das es nicht feucht werden sollte, sonst läßt die Isolierwirkung nach.

Das KG Rohr komplett mit isoliertem Wellrohr eingeschoben

Für den Bogen habe ich 20 mm Alu kaschierte Glaswolle verwendet da man die Rockwool Rohrschalen nicht biegen kann. Von hier möchte ich dann mit verzinktem Stahlgeröhr weiter fahren bis zum Warmwasserboiler.Für die Freunde von Glykol möchte ich hier aber noch erwähnen das verzinkte Rohre mit Glykol reagieren und somit für herkömmliche Solaranlagen bei denen Glykol zum Frostschutz eingesetzt wird ungeeignet sind. Ich stehe dem Wellrohr übrigens skeptisch gegenüber, weil es durch die Rippen bestimmt die doppelte Oberfläche besitzt wie ein normales Rohr und das ist was Wärmeverlust angeht bestimmt nicht von Vorteil. Zudem habe ich auch irgendwo gelesen das es den Strömungswiderstand deutlich erhöhen soll. Allerdings ist die Verlegung im KG Rohr und durch den Schacht doch wesentlich einfacher.

Schalung eingebaut

Sieht alles so einfach aus, war aber eine mords Fummelei bis ich das so hatte und muß heute meiner Frau ein ganz dickes Lob aussprechen, weil sie mir so toll geholfen hat!

Schacht betoniert, Graben geschlossen

Oben habe ich einen Falz angegossen. Hier soll der Deckel nachher seitlich abschließen, damit das Ganze regendicht wird.

Anschluß an den Kreislauf Warmwasser hergestellt, Solarpumpe, Wärmemengenzähler montiert

Hab nur den Teil der gut aussieht fotografiert ;-) Die Pumpe ist eine Wilo ST 15/4 und fördert in meinem System knapp 500 Liter die Stunde was gerade so ausreichend ist. Für das Leitungssystem habe ich übrigens durchgehend 3/4" verwendet, was eher überdimensioniert ist. Der Gedanke war für eventuelle Erweiterungen noch Reserve zu haben.

Graben für Leitung von Schacht zum Kollektor ausgehoben

Einmal 3 m und einmal 1 m Graben, 85cm tief auf ca 60cm steigend, damit ich im Schacht das Wasser ablassen kann, falls ich nicht ruhig schlafen kann bei Frost. Achja, die Kollektoren werden schräg aufgestellt etwa 10° West.

Anschlüsse fertig, Aufständerung in Arbeit

Für die Anschlüsse habe ich hübsches grünes 125er KG Rohr verwendet. Hinterher hab ich gegoogelt das es deutlich UV-stabiler ist wie das orange PVC - Rohr, perfekt!

Isolierung des Wellrohrs wieder mit 40mm  Rockwool Rohrschalen. Kollektorfühler ist auch schon eingezogen in 20mm Leerrohr. Im Schacht habe ich, wie schon früher erwähnt zwei Ablaufhähne angebracht. Somit ist die komplette Hydraulik fertig.

Die Aufständerung habe ich aus gebrauchtem U-Stahl (Danke lieber Schwiegerpapa!!!) geschweißt und ist verstellbar von 40-60°.

Aufständerung in Fundament eingegossen

Punktuelles Fundament ca 55 tief. In meinen Augen völlig ausreichend.

Im Hintergrund die farblich passende Regentonne, (das Design muß einfach stimmen) zum löschen, falls der Kollektor blablablaa...

Kollektoren montiert

So! Endlich Kollektoren montiert. Die Aufständerung ist nun wie geplant von 40-60° verstellbar, zumindest theoretisch. Dazu befindet sich an der oberen Quertraverse ein Drehpunkt, und die untere Quertraverse läßt sich auf der kurzen Stütze 30cm verschieben. Theoretisch deshalb weil die Anschlüsse vermutlich Probleme machen, da sie sich wegdrehen. Im Prinzip müßte der Drehpunkt genau auf den Anschlüssen liegen und dafür haben meine konstruktiven Fähigkeiten nicht ausgereicht.

Eben wegen diesen Schwierigkeiten habe ich übrigens den vorderen Fuß der Aufständerung schräg und weiter innen angebracht damit ich die Aufständerung vorne entsprechend kürzen kann, falls ich die Kollektoren auf 60° belasse.

Für die Nachbauer: Schwierigkeit bei der ganzen Angelgenheit war, das das KG Rohr sauber auf die Anschlüsse des Kollektors paßt. Das erfordert schon bei der Verlegung des KG Rohrs und bei der Konstruktion und Montage der Aufständerung und der Kollektoren ein bischen Augenmaß. Ich habe dabei auch darauf geachtet das die Kollektoren zur Entlüftung hin leicht ansteigen.

Röhren montiert

So, hier nun die Röhrenkollektoren in vollem Glanz. Die Heatpipes wurden mit Wärmeleitpaste um den Wärmeübergang zu verbessern in den Sammler eingeschoben. 44 Röhren, 7,22 m²  Bruttofläche. Ausrichtung etwa Süd, Neigung 60°.

Noch ein Tipp zu den Röhrenkollektoren: Den Sammlerkasten sollte man seitlich mal öffnen und reinschauen ob die Isolierung ordnungsgemäß eingebracht ist, denn wir wollen ja nicht den Garten heizen. Bei einem meiner Kollektoren war ein deutlicher Spalt zwischen den beiden Halbschalen, die das Sammelrohr isolieren und das habe ich etwas nachgebessert. Auch hinter dem Deckel war bei beiden Kollektoren noch bis zu 2 cm Luft, die ich noch mit Glaswolle ausgestopft habe.

Steuerung UVR1611(der Mercedes) montiert und angeschlossen

So das Herzstück der Anlage die UVR1611 leuchtet nun auch endlich in zartem Grün und seit ca 15.00 Ortszeit schöpft die Anlage die ersten Kilowattstunden in den Warmwasserboiler, die unser zentrales Gestirn die Sonne völlig kostenlos im Überfluß zu Verfügung stellt.

Eigentlich sollte die Steuerung ein bekannter Elektriker anschließen aber der hat mich im Stich gelassen. Recht so, ich merks mir! Wenigstens kann ich jetzt sagen das die Anlage in 100% Eigenleistung entstanden ist und das ist auch was wert.

Anlage komplett isoliert

Für die Isolierung habe ich weiterhin die Rockwool Rohrschalen mit 40mm Auflage verwendet. Übrigens noch ein Tipp dazu: Die Rohrschalen sind zwar selbstklebend aber gerade an Stellen wo man schlecht hinkommt ist es empfehlendswert noch zusätzlich ein Klebeband drum herum zu wickeln.

Die UVR1611 habe ich schon weitgehendst programmiert und sie funktioniert tadellos. Das Funktionsschema sieht folgendermaßen aus: Als Referenzfühler fungiert der Rücklauffühler des Solarkreises. Die Solarpumpe springt an, wenn der Kollektorfühler über eine eingestellte Differenztemperatur (12°C) ansteigt. Die Solarpumpe wird über eine Differenzregelung so drehzahlgeregelt damit zwischen Kollektortemperatur und solarer Rücklauftemperatur eine eingestellte Temperatur (5°C) gehalten wird. Das bewirkt das das System auf möglichst niedrigem Temperaturniveau bleibt und das ist wichtig für einen guten Wirkungsgrad. Den Warmwasserboiler möchte ich nicht über 60°C erwärmen, um unnötig hohe Kalkablagerungen zu vermeiden. Deshalb springt die Ladepumpe Warmwasser bei 60°C Boilertemperatur an. Diese Pumpe habe ich auch drehzahlgeregelt und zwar über eine Abolutregelung des solaren Rücklaufs (55°C). Das bewirkt das im Solarkreislauf das Temperaturniveau nicht zu sehr einbricht und kontinuierlich weiterläuft. Das Kesselwasser (89L) wird nun aufgeheizt bis 50°C und dann springt die Heizkreispumpe an und führt die überschüssige Energie über die Heizkörper ab.

Warmwasserspeicher zusätzlich isoliert

Als krönender Abschluß habe ich den alten Warmwasserspeicher noch zusätzlich isoliert. Dazu habe ich 100 mm Glaswolle verwendet. Die Glaswolle habe ich mit Draht befestigt und als Abschluß habe ich eine Folie aus dem Dachdeckerbereich, die ich gerade zur Hand hatte, verwendet. Vor der Aktion hatte der Speicher einen Wärmeverlust von ca 0,25°C/h, gemessen bei 60°C. Nun sind die Werte etwa um gut 0,1 niedriger, das entspricht einem Wärmeverlust von 1,25 KW/d und damit bin ich vorerst sehr zufrieden.

Zur Leistung der Anlage muß ich wirklich sagen, das ich absolut positiv überrascht bin. Die Kollektoren fangen schon an zu arbeiten, wenn die Sonne noch 90° seitlich steht, und bringen tatsächlich auch Leistung bei leicht bewölktem Himmel. Die Spitzenleistung liegt bei gut 3KW und ich hatte schon Tageserträge bis zu 22KW/h (Mitte Juni).

Zwischenbericht: Mittlerweile (Mitte Semptember) ist die Spitzenleistung der Anlage auf bis zu 3,8 KW und der Tagesertrag auf bis zu 25 KW/h angestiegen, was deutlich zeigt wie sich die 60° Neigung der Kollektoren positiv auswirken.

Zur Sicherstellung des Frostschutzes im Winter bei Stromausfall, habe ich nun noch eine USV von Online (Zinto800) nachgerüstet.  Diese bietet bei 190 Watt Verbrauch, was ich an meinem PC getestet habe, 26 min Überbrückungszeit. Meine Solarpumpe braucht mit Steuerung knapp 30 Watt bei voller Pumpleistung von ca 500l/h. Die Frostschutzfunktion lasse ich aber mit Pidregler nur auf Stellgröße 15 (halbe Leistung) laufen, so braucht die Pumpe inkl. Steuerung nur 10 Watt, bei einer Förderleistung von ca 190l/h. Das ist etwas effektiver und ja auch völlig ausreichend um eine Umwälzung zu erreichen. Somit bietet die USV theoretisch für ca. 8 Stunden Laufzeit Energie und das ist mehr wie ich erwartet habe. Da die Frostschutzfunktion ja nur taktweise läuft, habe ich nun also eine schöne Sicherheitsreserve bei Stromausfällen nach Eisbruch, Erdbeben und Tsunamis usw. ;-))

Nachträgliche Verbesserungen: Mittlerweile hat sich rausgestellt das der Kollektorfühler, den ich in einem T - Anschlußstück montiert habe, für die Frostschutzfunktion nicht ausreicht. Die Temperatur  im Sammelrohr des Kollektors war bei 0°C Außentemperatur 12°C niedriger wie an dem T - Stück und somit war ich gezwungen noch weitere Temperaturfühler in den Kollektoren, in das dafür vorgesehene Einschubrohr zu montieren. Nun habe ich in jedem Kollektor auf der Außgangsseite einen weitereren Temperaturfühler. Auch im Schacht habe ich zur Vorsicht ein Fühler am Vorlauf angebracht, um sicherzustellen das die gesamte Leitung, die im Außenbereich liegt, durch die Umwälzung bei Frost auch durchströmt wird. Somit werden nun 4 Temperaturfühler auf Frost überwacht.

Als kleine Zugabe hab ich noch einen Innen - und Außenfühler installiert. Ich spiele noch mit dem Gedanken mit den zwei Fühlern eine Kellerlüftung zu regeln aber mal sehen.

Um die Warmwassertemperatur auf Niveau zu halten, wenn die Heizunterstützung in Gang kommt habe ich im Zugang zum Boiler noch ein Fühler benötigt. Über diesen Fühler regelt die UVR (gottlob hab ich die gekauft) nun die Drehzahl der Ladepumpe so das die Temperatur im Wärmetauscher des Warmwasserboilers exakt auf Niveau der Warmwassertemperatur gehalten wird. Das bewirkt übrigens auch bei Betrieb der Heizunterstützung das der Boiler von oben nach unten sehr gut durchgeladen wird, da über längere Zeit die Temperatur des Tauschers immer auf gleichem Niveau bleibt. 

Steuerungstechnisch habe ich auch noch einiges verbessert. Bei schlechter Sonneneinstrahlung kam es zu häufigen unnötigen Startversuchen. Das führt dazu das bei jedem Start ein bischen Energie aus dem Boiler transportiert wird und somit verloren geht. Das habe ich durch eine Vergleichsfunktion verbessert, die nun die Solarfunktion erst bei einer Kollektortemperatur von 48°C freigibt. Das funktioniert nicht hundertprozentig aber das hat die Situation soweit verbessert das es nicht mal mehr halb soviele unnötigen Anläufe gibt. Zudem benötigt die Anlage nun bei guter Einstrahlung nur noch zwei Anläufe bis sie durchläuft und das spart zusammen ein bischen Strom und schont auch die Pumpe.

Genauso habe ich etliche Funktionen hinzugefügt, die dafür sorgen das die Heizunterstützung nur anspringt wenn es sich auch lohnt (Warmwasservorrang). D.h. die Heizunterstützung wird erst ab einem gewißen Volumenstrom, ab einer bestimmten Temperatur freigegeben und auch nur wenn diese Temperaturen bis zu einer bestimmten Uhrzeit erreicht werden.

Vorläufiges Fazit: Nach wie vor bin ich von der Solarthermie absolut begeistert. Es ist eigentlich eine Schande das die Welt die Energie der Sonne so wenig nutzt. Unsere Sonne schickt uns jeden Tag mehr Energie als wir benötigen, wir haben die Technik dazu diese zu nutzen und doch machen wir so wenig Gebrauch davon. Nein noch viel schlimmer..., wir zerbrechen uns den Kopf und betreiben teilweise einen wahnsinnigen technischen Aufwand zur Energiegewinnung und noch dazu führt das letztendlich zu den allseits bekannten Nebenwirkungen.

Ich kann nur sagen für die Warmwasserbereitung ist das ganze super. Es ist technisch relativ einfach und ich glaube jeder etwas handwerklich Begabte kann sich so eine Anlage selber bauen. Mittlerweile haben wir Ende Oktober und ich hatte immer genügend Warmwasser und oft hatte ich sogar schöne Überschüsse zur Heizunterstützung. Insgesamt beliefen sich die Kosten auf rund 2700 €. Der autorisierte Handwerker hätte aber dafür gut 5000€ berechnet. Somit hat sich der Selbstbau für mich finanziell absolut gelohnt und nicht zuletzt war es auch ein äußerst befriedigendes Projekt.  

Die 60° Neigung der Kollektoren haben sich bewährt. Die Tagesleistungen der Anlage liegen  Ende Oktober immer noch auf Sommerniveau und liegen übrigens mittlerweile weit über denen meiner Photovoltaikanlage! Im Maximum brachte die Anlage diesen Oktober ca 4,3 KW und Tagesleistungen von bis zu 25 KW/h in 7 Stunden.

Die UVR1611 ist einfach klasse. Sie bietet für jeden beliebigen Fall eine Funktion und das ist gerade bei Anlagen, die eher etwas experimentell angesiedelt sind von sehr großer Bedeutung und zudem bietet sie eben durch diese Multifunktionalität jede Menge Otimierungspotenzial. Also jedem der gerne und viel an seiner Anlage optimieren oder probieren möchte kann ich diese Steuerung nur empfehlen.

Die Frostschutzfunktion muß sich natürlich noch bewähren und ich hoffe das sie das auch tut, sonst wird es teuer. Ich werde spätestens im Frühjahr nochmals darüber berichten.

Zwischenbericht zur Wintersonnenwende:So da die Sonnenwende mittlerweile vorbei ist und die Tage schon wieder länger werden, möchte ich nochmal berichten wie sich die Anlage zur Winterzeit schlägt. An guten Tagen sind noch knapp 10 KW/h in 5 Stunden möglich. Die maximale Leistung liegt ca bei 2,3 KW. Das ist immer noch Leistung satt für zwei Personen. Theoretisch kann man damit 200 Liter Wasser um 50°C erwärmen oder 1000 Liter um 10°C. Praktisch muß ich allerdings immer wieder feststellen das das bei meiner Anlage nicht ganz hinhaut. Die tatsächliche WW Temperatur bleibt etwa 30% unter den errechneten Werten zurück.  Aber davon abgesehen ist das Hauptproblem das die Sonne zuwenig scheint. Nach meinen Schätzungen würde es genügen wenn wir nur zwei Sonnentage die Woche hätten und das haben wir leider nicht. Trotzdem mußte meine Ölheizung erst Mitte November zum ersten mal zur Warmwasserbereitung einspringen und seither gab es immer wieder mal eine Woche wo die Solaranlage zur Deckung des Warmwasserbedarfes ausreichte. Um den Ölverbrauch so niedrig wie möglich zu halten wird das Warmwasser mit der Ölheizung übrigens nur auf 45°C erwärmt.

Zur besseren Kontrolle der Temperaturen bei Frost habe ich noch zwei Fühler in den Einschubröhren der Kollektoren installiert. Der bisherige "Kollektorfühler" im T-Anschlußstück war mir zu ungenau, da er die tatsächliche Temperatur des Kollektors mit Differenzen von bis zu 8°C angezeigt hat. Zudem habe ich noch eine zweite Frostschutzfunktion eingefügt, die einmalig 30 s umwälzt wenn zum einen 0°C Außentemperatur unterschritten wird und zum anderen die Anlage den ganzen Tag über nicht in Betrieb war. Damit möchte ich sicher sein das in den Anschlußleitungen die im Frostbereich liegen sich keine Kältesäcke gebildet haben wenn die Anlage länger nicht gelaufen ist. So glaube ich nun das für jede erdenkliche Situation Frostsicherheit gewährleistet ist.