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Anordnung und Verschaltung der Solarthermie-Kollektoren

Wie werden Solarthermie-Kollektoren zusammengeschaltet? Wie funktioniert eine Tichelmann-Verschaltung von Solarthermie-Kollektoren? Wann werden Kollektoren in Reihe, wann werden sie parallel verbunden?

Die Entscheidung, ob Solarthermie-Kollektoren in Reihen- oder Parallelschaltung angeordnet werden, wird in der Praxis nach der Anzahl der miteinander zu verbindenden Kollektoren getroffen. Als Faustregel gilt: Bis 5 Kollektoren werden diese in Reihe geschaltet, um eine entsprechende Spreizung zwischen Vor- und Rücklauf zu erreichen. Bei mehr als 5 Kollektoren werden diese (teil-)parallel geschaltet, um den höheren Volumenstrom auszunutzen.

Tabelle 1: Überblick über die wichtigsten Parameter bei der hydraulischen Verbindung von Solarkollektoren
Anzahl Kollektoren Verschaltung Volumenstrom Anschluss
≤ 5 in Reihe ≥ 2 l/min Cu 15 x 1
6 2 x 3 parallel ≥ 4 l/min Cu 18 x 1
8 2 x 4 parallel ≥ 4 l/min Cu 18 x 1
9 3 x 3 parallel ≥ 6 l/min Cu 22 x 1
10 2 x 5 parallel ≥ 4 l/min Cu 18 x 1
12 4 x 3 parallel ≥ 8 l/min Cu 28 x 1,5

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Tichelmann-Verschaltung von Solarthermie-Kollektoren

Solarthermie-Kollektoren werden in aller Regel nach dem Tichelmann-System verschaltet. Dabei werden die Rohre von den Kollektoren zum Solarspeicher innerhalb einer Ringanordnung so geführt, dass die Summe der Längen von Vorlaufleitung und Rücklaufleitung bei jedem Kollektor etwa gleich ist.

Kollektoren, die näher am Speicher gelegen sind, haben eine lange Rücklaufleitung und umgekehrt. So sind alle Kollektoren in etwa den gleichen Druckverlusten ausgesetzt. So ergeben sich ähnliche Volumenströme und annähernd die gleichen Wärmeströme in der Solarthermie-Anlage.

Eine Tichelmann-Verschaltung der Kollektoren sorgt zudem für einen geringeren Regelungsaufwand z. B. durch Regelventile.

Kollektorverbinder kompensieren zuverlässig die Längenausdehnung der in den Kollektoren vormontierten Sammelleitungen. So können Kollektorreihen ohne zusätzliche Verrohrung direkt miteinander verbunden werden. (Grafik: Wagner Solar GmbH)
Kollektorverbinder kompensieren zuverlässig die Längenausdehnung der in den Kollektoren vormontierten Sammelleitungen. So können Kollektorreihen ohne zusätzliche Verrohrung direkt miteinander verbunden werden. (Grafik: Wagner Solar GmbH)

Eigenschaften einer Reihenschaltung von Solar-Kollektoren

Bei der Verschaltung mehrerer Solarthermie-Kollektoren wird in aller Regel eine Reihenschaltung nach dem Tichelmann-Prinzip angewandt. Dies gewährleistet, dass alle Kollektoren gleichmäßig von der Solarflüssigkeit durchströmt werden.

Werden mehrere Solarthermie-Kollektoren in Reihe geschaltet, so sollte eine Berechnung der hydraulischen Gegebenheiten des Solarthermie-Kreislaufes angestellt werden, um den notwendigen Volumenstrom sicherzustellen.

Eine Reihenschaltung nach dem Tichelmann-Prinzip hat den Vorteil, dass durch den geringen Volumenstrom, eine große Temperaturspreizung ermöglicht wird. Zudem ist der Verrohrungsaufwand geringer.

Schematische Darstellung einer Kollektor-Reihenschaltung (Grafik: energie-experten.org)
Schematische Darstellung einer Kollektor-Reihenschaltung (Grafik: energie-experten.org)
Tabelle 2: Vor- und Nachteile einer Reihenschaltung von Solarkollektoren
Vorteile Nachteile
Gleichmäßige Durchströmung der gesamten Kollektrofläche Hohe Druckverluste
Durch geringen Volumenstrom wird große Temperaturspreizung erreicht Einsatz leistungsstärkerer Umwälzpumpen notwendig
Niedriger Verrohrungs- und damit Kostenaufwand

Besonderheiten einer parallelen Kollektor-Schaltung

Wird eine größere Anzahl an Kollektoren (meistens mehr als 5) montiert, so sind mehrere Kollektorstränge mit gleicher Kollektorzahl in Parallelschaltung vorzusehen. Dabei sollte dann aber wieder auf eine Tichelmann-Anordnung der parallelen Stränge geachtet werden.

Eine Anordnung der Kollektoren in Parallelschaltung hat den Vorteil, dass durch die geringen Druckverluste, der Einsatz von kostengünstigen Solarpumpen mit niedrigem Stromverbrauch möglich wird. So lassen sich auch größere Solarthermie-Anlagen energieeffizient und betreiben.

Bei parallel geschalteten Kollektoren wird zur Durchflussregulierung innerhalb der Dachverrohrung je Kollektor ein „Setter“ (Solar-Abgleichventil) (i.d.R. rücklaufseitig) am Anschluss des Kollektors eingesetzt, um für jeden Kollektor exakt die richtige Durchflussmenge einstellen zu können.

Schematische Darstellung einer Kollektor-Parallelschaltung (Grafik: energie-experten.org)
Schematische Darstellung einer Kollektor-Parallelschaltung (Grafik: energie-experten.org)
Tabelle 3: Vor- und Nachteile einer Parallelschaltung von Solarkollektoren
Vorteile Nachteile
Geringe Druckverluste Gleichmäßige Durchströmung nur bei Tichelmann-Verschaltung bzw. Einsatz von Abgleichventilen
Einsatz von kleineren Umwälzpumpen mit geringerem Stromverbrauch Hydraulisch ungünstige Kollektoren erfahren geringeren Durchsatz
Verschaltung auch größerer Kollektorfelder möglich Höherer Verorungsaufwand

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"Reihen- und Parallelschaltung von Kollektoren" wurde am 22.11.2017 das letzte Mal aktualisiert.