Solar-Großanlagen-Planung: Kritisch hinterfragt

Dipl. Ing. Christoph Drescher

Inhalt

Tatsächliche Ergebnisse von Solaranlagen                            2

Anlagen in Berlin (DGS)..................................................................................... 2

Anlagen im Saarland (EU-Kommission, GD XVII)............................................... 2

Solarthermie-2000-Anlagen (ZfS)........................................................................ 3

Was tun ?                                                                               3

Neue Planungsunterlage..................................................................................... 4

Systembeispiel................................................................................................... 5

Viele größere Solaranlagen - solche aus dem Solarthermie-2000-Programm ausgenommen - bleiben hinter den versprochenen Erträgen zurück. Warum ?

In den - besonders bei Förderbehörden gefragten - Ertragsnachweisen werden spezifische Erträge von 350 bzw. 525 kWh/a je Quadratmeter aktiver Fläche für fast alle erhältlichen Kollektoren attestiert.

Erreichbar sind mit Flachkollektoren spezifische Anlagenerträge bis zu 600 kWh/m²a. Diese Zahl ist bereits mit Vakuum-Röhrenkollektoren vergleichbar !

Tatsächliche Ergebnisse von Solaranlagen

Um kurz den Stand darzustellen, hier die Daten einiger vermessener Solaranlagen.

Anlagen in Berlin (DGS)

Im Rahmen eines durch den Senat beauftragten Monitoring-Programms wurden mehr als 30 Anlagen von 1997 – 1999 vermessen und ausgewertet. Mit eliminierten  Ausreißern ergibt sich folgendes Bild der mittleren Erträge:

Hier wurden auch viele „alte“ Anlagen erfasst, daher die teilweise katastrophalen Werte. Erstaunlich ist jedoch, dass die Anlage mit dem höchsten Ertrag (Sewanstr.156-166: 538 kWh/m²a) mit Flachkollektoren arbeitet. Bei dieser Anlage wurde sogar ein solarer Ertrag garantiert !

Anlagen im Saarland (EU-Kommission, GD XVII)

Hier wurden 18 kommunale Großanlagen mit Flachkollektoren und garantierten Erträgen über einen 3-jährigen Zeitraum verglichen. Die Einsatzfelder waren hauptsächlich Wohnhäuser und Sportstätten, aber auch Freibäder und Betriebsgebäude. Ergebnis: spezifische Erträge von  210 – 480 kWh/m²a. Dabei lagen ca. 70 % der Anlagen bei Werten von nur 240 - 320 kWh/m²a !

Solarthermie-2000-Anlagen, bundesweit (ZfS)

BEO und ZfS fördern seit 1994 den Aufbau von solarthermischen Anlagen mit garantierten solaren Wärmepreisen von unter 0,25 DM/kWh (Fördermittel unberücksichtigt). Die daraus entstandenen 40 (bereits im Betrieb befindlichen) Solaranlagen erbringen spezifische Erträge von 350 – 590 kWh/m²a. Mit Flachkollektoren.

Bleibt zu fragen: Woran liegt es, dass Anlagen aus diesem Förderprogramm derartig hohe Erträge (tatsächlich) erzielen, obwohl auch nur marktgängige Technik eingesetzt wird ?

Was tun ?

Wir sehen – gemeinsam mit den untersuchenden Institutionen - verschiedene Ursachen für die teilweise sehr mangelhaften Erträge. Grobe Fehler sind bei diesen Überlegungen im weiteren jedoch ausgeschlossen worden.

1)     Planung
Der (sommerliche) Energiebedarf wird gern und oft überschätzt – und es gibt Veränderungen im Nutzerverhalten, Ferienzeiten. Unterschätzungen haben hier dagegen nur positive Folgen ! Der Anlagenbetrieb wird wirtschaftlicher, die Anlage ist im Sommer seltener im Stillstand und die thermische Belastung der (solaren) Bauteile sinkt. Dies wiederum senkt potentielle Instandhaltungskosten.

Anlagen wurden und werden häufig überdimensioniert ! Es sollten statt der veralteten Werte aus Standardwerken nur Verbrauchswerte aus aktuellen Messungen oder ähnlichen Objekten genutzt werden. Fachleute wissen außerdem: Hoher Deckungsgrad heißt geringe Effizienz.
Zur sinnvollen Auslegung größerer Solaranlagen gibt es bereits genügend gute Publikationen [1, 2, 3], die auch aktuelle Verbrauchsdaten beinhalten.

2)     Realisierung
Daneben gibt es realisierungsbedingte Gründe, wie Einsatz von ungeeigneten Komponenten (mangelnde Temperaturbeständigkeit; System-Inkompatibilität; „Billig“-Produkte), um z.B. in Ausschreibungen die Angebotssumme zu reduzieren und den Auftrag zu erhalten.
Hier ist die ausschreibende Stelle (Planungsbüro, Hochbauamt etc.) in der Pflicht, vorzubeugen und die Vergleichbarkeit bzw. Tauglichkeit zu überprüfen.
Gute Erfahrungen haben wir mit der werksseitigen Inbetriebnahme gemacht: der Werkskundendienst überprüft vor der Übergabe die gesamten Anlagenparameter und -funktionen. Durch  diesen Einsatz ergibt sich neben der frühzeitigen Fehlererkennung auch eine größere terminliche Sicherheit zur Projektübergabe als Vorteil.

3)     Betrieb
Während des Betriebes größerer Anlagen kann es immer zum Ausfall von Systemteilen  kommen. Betroffen sind vor allem: Pumpen, Schalt- und Mischventile, Elektronikteile. Bei ungünstiger Systemauslegung kann es zu Verstopfungen durch gecracktes Glykol oder Schlammablagerungen kommen. Abhilfe kann hier durch regelmäßige Anlagenüberwachung – egal ob durch den Hausmeister oder per DFÜ – geschaffen werden.
Wir raten in diesem Zusammenhang vom Einsatz von DDC-„Reglern“ ab. Derartige Systeme können nur von Spezialfirmen bedient bzw. angepasst werden. Fehler kann der Heizungsbetrieb also nur in Ausnahmefällen direkt beheben.
Ein Wartungsvertrag sollte bei derlei Anlagen ohnehin Projektbestandteil sein.

Neue Planungsunterlage

Um einige dieser Fehlerquellen auszuschalten, wurde jetzt bei Solvis eine „Planungsunterlage System Stratos“ (Fax-Anforderung über: 0531 / 28904-11) erarbeitet. Sie ist eigens für low-flow Solarsysteme angelegt, wobei die Teile zur Trinkwassererwärmung natürlich auch darüber hinaus Gültigkeit besitzen. Die darin enthaltenen Auswahlkriterien und Systemvorschläge zielen in erster Linie auf einen maximalen Solarertrag ab und versuchen, nur ein Minimum an ausfallträchtigen Bauteilen (Ventile, Pumpen, Einzelregler) einzusetzen.

Abbildung 1. : 
System-Auswahlbaum für Solare Warmwasserbereitung

Die Basis für diese Empfehlungen bilden

a)      die Vielzahl der bestehenden Solvis-Großanlagen (Referenzliste unter http://www.solvis.de über „Erfolge“ lesbar)

b)     die Auswertungen und Simulationen des ISFH bzw. des Bremer Energie-Institutes [4]

und

c)      die Erfahrungen aus dem Bundesprogramm „Solarthermie-2000“ (hier hat Solvis mit 8 von 44 realisierten Anlagen die Spitzenposition inne). Schicht-Pufferspeicher sind in diesem Programm quasi Standard [1].

Die Empfehlungen in der neuen Planungsunterlage beschränken sich nicht auf die solare Warmwasser-Bereitung, sondern betrachten gleichzeitig heizungsunterstützende Systeme und solche mit Schwimmbad-Beheizung. Dazu werden jeweils leicht verfügbare Daten als Entscheidungsgrundlage herangezogen. So ergibt sich für den Planer die Möglichkeit, reproduzierbare Systementscheidungen auf Grund von harten Fakten zu finden.

Noch ein weiteres Wort zum Thema DDC-Regler, sowie den diversen Bussystemen: die ausführende Firma sollte die Gesamtanlage verstehen und betreuen. Daher sind unsere Regler sehr einfach zu bedienen. Es stehen alle gemessenen Größen zur Auswertung via RS-232 und ggf. V-Bus zur Verfügung. Entsprechende Umsetzer für andere Bussysteme oder Einheitssignale sind generell verfügbar. Daher besteht kaum Notwendigkeit dafür, sich als Planer einer Nullserien-Lösung aus einem (meist branchenfremden) Systemhaus anzuvertrauen.

Ergänzt werden die hier gegebenen Auslegungsempfehlungen durch die schnelle und projektspezifische Zuarbeit für Planer und Anlagenbauer, die über den Technischen Vertrieb von Solvis zu erhalten ist. Fax: 0531 / 28904-777; Fon: -319, -376

Systembeispiel

Eine sehr effektive Variante für größere Anwendungen mit Heizungsunterstützung – insbesondere bei bestehenden Anlagen - ist die solare Vorwärmanlage mit zentralem Schichtspeicher. Hinsichtlich der Erträge kann hier kein Ladesystem und (soweit man auf die solare Heizungsunterstützung verzichten möchte) auch kein nur Trinkwasser führendes System mithalten [4] !
Ein typischer Einsatzfall dieses Systems ist z.B. ein größeres Bauvorhaben (MFH ab 40 WE, Sporthalle ab etwa 35 Duschen), in dem auch eine solare Heizungsunterstützung vorgesehen ist.

Abbildung 2. : 
Typischer Aufbau einer 2-Speicher-Anlage mit Vorwärmstufe (System VN)

Basis dieses Konzepts ist der geschichtete Speicher als „Energie-Manager“, in dem jede Energiequelle (Solaranlage, Heizkessel) nur in dem Temperaturbereich einspeichert, der sich auf gleichem Niveau befindet.

Besonders clever: vorhandene Brauchwasserspeicher können direkt weiter verwendet werden – es wird lediglich ein Plattenwärmetauscher vorgeschaltet !

[1]      Zentralstelle für Solartechnik (ZfS) "Solare Trinkwassererwärmung mit Großanlagen", ISBN: 3-8249-0541-8

[2]      K.-H. Remmers "Große Solaranlagen", ISBN: 3-901626-16-6

[3]      "Das Handbuch der innovativen Haustechnik", ISBN: 3-89554-120-6

[4]      Bremer Energie-Institut "Thermische Solaranlagen für Mehrfamilienhäuser", 1999

Dipl.-Ing. Christoph Drescher
Technischer Vertrieb - Großanlagen