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High-Flow-, Low-Flow- und Matched-Flow-Anlagen im Technik-Vergleich

Worin unterscheiden sich High- und Low-Flow-Systeme? Wie funktionieren Matched Flow-Solarthermieanlagen? Wann lohnt sich welches Betriebskonzept?

Solarthermie-Anlagen lassen sich grundsätzlich in zwei Anlagenkonzepte unterteilen, die sich nach dem jeweiligen Volumenstrom unterscheiden. Die Höhe des Volumenstroms entscheidet dann über die Temperaturspreizung zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des Solarthermie-Kollektors und dem Solarthermie-Speicher. Daher unterscheidet man zwischen sogenannten High-Flow-Anlagen und Low-Flow-Anlagen. Matched Flow-Anlagen sind eine Kombination aus beiden vorgenannten Anlagenkonzepten.

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High Flow-Anlagen

Solarthermie-Anlagen mit einem sogenannten High Flow-System weisen einen hohen Volumenstrom von rund 30 bis 50 Liter pro m2 Kollektorfläche je Stunde auf. Infolge dieser schnellen Umwälzung ist die Wärmeaufnahme im Kollektor und die Wärmeabgabe am Speicher einer High-Flow-Anlage nur sehr gering.

Durch diese niedrige Temperaturspreizung einer High Flow-Anlage arbeitet der Solarthermie-Kollektor auf einem niedrigem Temperaturniveau, was zu einem hohen Wirkungsgrad der Solarthermie-Anlage führt. Denn je höher die Temperatur im Kollektor ist, desto größer sind die Wärmeverluste. Hinzu kommt, dass sich durch die rasche Umwälzung der Solarflüssigkeit und den schnellen Abtransport der Solarwärme im Kollektor Temperaturspitzen und damit Wärmeverluste vermeiden lassen.

Gleichzeitig steigt jedoch der Stromverbrauch der Umwälzpumpe. Der Volumenstrom war lange Zeit annähernd doppelt so hoch wie in einer Low-Flow-Anlage. Allerdings hat sich diese Differenz in den letzten Jahren durch die Entwicklung extrem sparsamer Pumpen relativiert.

Durch die rasche Umwälzung im High-Flow-Betrieb erwärmt sich das Wasser im Puffer- bzw. Warmwasser-Speicher außerdem langsamer. Aus diesem Grund können sich Temperaturgefälle im Speicher besser ausgleichen. Daher ist es nicht zwingend erforderlich, einen Schichtenspeicher zu installieren. In einer High-Flow-Anlage kann man daher auch auf preiswertere Speicher zurückgreifen.

Kleinere Solarwärmeanlagen werden häufig im High-Flow-Umlauf betrieben. (Foto: energie-experten.org)
Kleinere Solarwärmeanlagen werden häufig im High-Flow-Umlauf betrieben. (Foto: energie-experten.org)

Low Flow-Anlagen

Ein Low Flow-Betrieb kommt insbesondere in größeren Solarthermie-Anlagen ab 20 m2 Kollektorfläche zum Einsatz. In Low Flow-Anlagen wird der Solarthermie-Kreislauf mit einem geringeren Volumenstrom von 10 bis 20 Liter pro m2 Kollektorfläche je Stunde durchströmt. Daher kann die Wärmeträgerflüssigkeit mehr Wärme im Solarthermie-Kollektor aufnehmen und damit auch mehr Wärme an den Solarthermie-Speicher abgeben. In kurzer Zeit kann so viel Solarwärme gewonnen werden.

So lassen Speicher besser geschichtet beladen und der Bereitschaftsteil des Speichers schneller erwärmen. Daher empfiehlt es sich, zur Speicherung einen Schichtenspeicher einzusetzen, in dem das Wasser je nach Temperatur geschichtet werden kann. Eine Durchmischung des Wassers, die mit Temperaturverlusten einhergeht, wird so eher vermieden.

Da Kollektoren in Solarthermie-Anlagen mit Low Flow-System auf einem höheren Temperaturniveau arbeiten, sollten hier nur Kollektoren mit geringen Wärmeverlusten zum Einsatz kommen. Zugleich werden bei Low-Flow-Systemen kleinere Rohrquerschnitte und geringere Pumpenleistungen eingesetzt.

Matched Flow-Anlagen

Solarthermie-Anlagen als Matched Flow-System sind eine Kombination aus High Flow- und Low Flow-System. Dabei wird über eine drehzahlgeregelte Solarpumpe der Volumenstrom des Solar-Kreislaufs und damit die Vorlauftemperatur des Kollektorkreises je nach Bedarf dynamisch gesteuert. Dies ist insbesondere bei ungünstigen Wetterbedingungen im Vergleich zur High-Flow-Anlage vorteilhaft.

Um möglichst schnell eine geforderte Mindesttemperatur im Bereitschaftsteil des Speichers zu erreichen, wird der Kollektorkreis zunächst mit geringem Durchsatz gefahren. Die Strömungsgeschwindigkeit der Solarflüssigkeit ist so lange gering bis das gewünschte Temperaturniveau erreicht ist. Dies ist zwar mit einem verringerten Wirkungsgrad des Solarthermie-Kollektors verbunden, vermeidet jedoch auch eventuell eine Nachbeheizung. Ist das gewünschte Temperaturniveau erreicht, wird der Volumenstrom erhöht.

Technisch müssen Solarthermie-Anlagen mit Matched Flow-System ähnlich Low-Flow-Anlagen ausgerüstet sein. Denn in einer Matched-Flow-Anlage muss sowohl der Speicher als auch der Kollektor die höheren Anforderungen der Low-Flow-Anlage erfüllen. Hinzu kommt eine Zusatzausstattung in Form einer aufwändigeren Steuerung und gegebenenfalls einer zweiten Pumpe. Daher sind die Anschaffungskosten für Matched Flow-Anlagen höher.

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"Technik-Vergleich: High-Flow- & Low-Flow-Anlagen" wurde am 18.10.2018 das letzte Mal aktualisiert.