Letzte Aktualisierung: 11.02.2020

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Funktionsweise, Aufbau und Bestandteile von Solarstationen einfach erklärt

Wie funktioniert eine Solarstation? Wie ist sie aufgebaut? Welche Bauteile beinhaltet eine Solarkreisstation?
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Eine Solarstation bündelt viele Komponenten zur Überwachung und Regelung einer Solarthermieanlage in einem kompakten Gehäuse. Sie dient maßgeblich zur Förderung des solarthermischen Wärmeübertragungsmittels im Kreislauf vom Dach zum Solar-Speicher. Der Kernbestandteil der Station ist die Solarpumpe.

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Aufbau und Funktionsweise einer Solarstation

Solarstationen vereinen Armaturen, Pumpen und Regler

Die Solarstation vereinigt auf engstem Raum alle wichtigen Armaturen, Pumpen und Regler einer Solarthermie-Anlage. So kann in einer Solarstation der hydraulische Abgleich, die Durchflussmessung und die Entlüftung direkt an der Solarstation vorgenommen werden. Moderne Solarstationen, sogenannte Pumpengruppen, sind heute kompakte Einheiten, die von den jeweiligen Herstellern abgestimmt auf die weiteren Solarthermie-Komponenten angeboten werden. Dies hat Vor- und Nachteile. Während der Platzbedarf abnimmt, die Herstellungskosten einer Solarstation sinken und sich auch der Montageaufwand der Solarstation verringert, kann es sein, dass im Falle einer Reparatur, auch intakte Einheiten der Solarstation mit ausgetauscht werden müssen.

Installation von Solarpumpen in Solarstationen

Während in den Anfängen der Solarthermie noch herkömmliche Umwälzpumpen aus der konventionellen Heizungstechnik verbaut wurden, so gibt es heute spezielle Solarpumpen, die in Solarstationen eingesetzt werden. Diese sind speziell an die Leistung der Solarthermie-Anlage angepasst und für höhere Betriebstemperaturen ausgelegt. Zudem richtet sich die Auswahl der Solarpumpe in einer Solarstation danach, ob die Solarthermie-Anlage als 1-Strang-System oder als 2-Strang-System aufgebaut und als Low-Flow- oder High-Flow-System ausgerichtet ist. Neuerdings werden in Solarstationen auch Hocheffizienzpumpen verwendet, die mit einem Permanentmagneten ausgestattet sind und vergleichsweise wenig Strom verbrauchen. 

Bündelung von Armaturen in Solarstationen

Auch die Armaturen in Solarstationen werden immer weiterentwickelt und immer kleiner und kompakter gefertigt und miteinander kombiniert. So ist es mittlerweile üblich, dass Armaturen in Solarstationen in einem Bauteil zusammengefasst werden. So wird z. B. der Durchflussmesser mit den Spül- und Befüllhähnen oder die Schwerkraftbremse mit den Temperatursensoren zusammengefasst. Dies alles verringert den Platzbedarf und auch die Herstellungskosten der Solarstation. Aufgrund dieser Bauweise der Solarstation müssen im Falle eines Defekts der Solarstation jedoch häufig auch noch intakte Komponenten mit ausgetauscht werden, was die Kosten der Solarstation wiederum erhöhen kann.

Die wichtigsten Bauteile einer Solarstation

Solarregelung

Die Solarregelung ist die Schaltzentrale der Solarstation und sorgt für einen effizienten Transport der Solarenergie vom Solarkollektor zum Solarspeicher. Dazu vergleicht der Solarregler die Kollektortemperatur mit der Temperatur im unteren Bereich des Solarspeichers. Wird die eingestellte Temperaturdifferenz, je nach Solaranlage kann diese zwischen 5 und 10 °C betragen, erreicht, schaltet sich die Umwälzpumpe ein und lässt den Solarkreislauf solange zirkulieren, bis die Temperaturspreizung auf einige wenige Grad Celsius zurückgegangen ist. Die Bandbreite zwischen diesen Schaltschwellen ist von der Rohrleitungslänge im Kollektorkreis abhängig.

Umwälzpumpen

Umwälzpumpen im Solarkreislauf unterliegen ganz anderen Anforderungen als Umwälzpumpen in Heizungen. Generell müssen die im Solarkollektorkreis eingesetzten Umwälzpumpen für die auftretenden Temperaturen ausgelegt sein und immer im kälteren Rücklauf des Kollektorkreises eingebaut werden. Hinzu kommt, dass die umzuwälzenden Volumenströme im Solarkollektorkreis nur rund 10 % der Fördermenge von Heizungen entsprechen. Zum anderen übersteigen die Förderhöhen in Solaranlagen diejenigen einer Warmwasserheizung um ein Vielfaches. Zudem sind auch die Viskosität der Wärmeträger und deren Temperaturbereiche verschieden. Moderne Umwälzpumpen für Solaranlagen sind zudem drehzahlgeregelt, verbrauchen wesentlich weniger Strom und können auch in die Wärmemengenmessung integriert werden.

Sicherheitsventil

Ein Sicherheitsventil ist ein in vielen Bereich der Heizungstechnik verwandtes Bauteil und sichert die Solaranlage zusätzlich ab. Die Betriebsdrücke, die am Manometer abgelesen werden können, liegen meist um einen Sicherheitszuschlag über dem statischen Vordruck der Solaranlage bei 1,5 bis 3 bar. Das Sicherheitsventil sollte dann auf einen Ansprechdruck von 6 bar eingestellt werden, um die Solaranlage auch bei hohen Stillstandstemperaturen sicher betreiben zu können. Beim Ansprechen des Sicherheitsventils wird der austretende Wärmeträger über die Ausblasleitung zum Auffangbehälter geleitet. Dieser muss so dimensioniert sein, dass er eventuell die gesamte Flüssigkeit aus dem Solarkollektorkreis aufnehmen kann.

Druckausgleichsgefäß

Umso mehr Solarthermie aufgenommen wird, desto mehr dehnt sich der Wärmeträger bis hin zum Verdampfen aus. Um den dabei entstehenden Druck auszugleichen, bedarf es eines Membranausdehnungsgefäßes im Solarkollektorkreis. Insbesondere übernimmt das Druckausgleichgefäß im Leerlauf eine wichtige Funktion: Steigt die Temperatur an, so sorgt zwar die Temperaturbegrenzung der Solarregelung dafür, dass die Umwälzpumpe keine Wärme mehr an den Solarspeicher liefert. Trotzdem können sich im Leerlauf die Flachkollektoren auf 200 °C und Vakuumröhrenkollektoren sogar auf bis zu 280 °C weiter erhitzen. Daher muss im Leerlauf das Ausdehnungsgefäß das entstehende Dampfvolumen als auch die Wärmeausdehnung des Wärmeträgers aufnehmen können. Und das, ohne das Sicherheitsventil ansprechen und Wärmeträgerflüssigkeit austreten lassen zu müssen. Sinkt die Temperatur wieder, so kann die Solaranlage wieder von selbst in Betrieb gehen.

Schwerkraftbremse

Wichtig ist auch der Einbau mindestens einer Schwerkraftbremse im Solarkollektorkreis, da sonst der Speicher über die Kollektoren wieder auskühlt. Dies kann über Nacht passieren, sobald die Solaranlage keine Wärme mehr liefert. Daher erlauben Schwerkraftbremsen den Durchfluss nur in einer Richtung. Bei Umkehrung der Strömungsrichtung schließen sie selbsttätig und öffnen bei erlaubter Durchflussrichtung ebenfalls selbsttätig. Sogenannte Powerflow-Ventile eignen sich besonders für Solaranlagen, da sie für eine Temperatur von bis 190 °C zugelassen sind. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass bei Solaranlagen auf eine Luftschleuse verzichtet wird, da durchaus über Nacht der Speicher leerlaufen kann.

Einbindung von Solarstrom über die Solarstation

Besitzer einer Photovoltaikanlage können durch die Installation einer speziellen Solarstation wie z. B. der STAqua E von Paradigma die über den Eigenbedarf hinaus erzeugte Energie für die Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung in ihrem Haushalt nutzen, anstatt sie ins öffentliche Netz einzuspeisen. Insbesondere mit Blick auf die sinkenden Vergütungen für Photovoltaikstrom stellt diese Möglichkeit einer solarelektrischen Heizwärmeerzeugung eine lohnenswerte Option dar.

Gleichzeitig optimiert die kompakte Solarstation den Eigenstromverbrauch und senkt die Heizkosten. Sie ist mit nahezu allen Warmwasser- und Pufferspeichern sowie mit den gängigen Stromzählern und Wechselrichtern kombinierbar. Nur wenn die überschüssige Solarenergie nicht für die Haushaltsstromverbraucher benötigt wird, nutzt STAqua E die PV-elektrisch erzeugte Wärme für die Heizungsunterstützung und Trinkwassererwärmung.

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