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Solaranlage im Eigenbau

Erfahrungen - Technik - Blog
Flachkollektoren für Wasser / Glykol und ein Luftkollektor

Flachkollektoren Armaturen Solarregler SolarControl Gaskessel


Wie alles begann

Nach einer ziemlich hohen Nachzahlung für Strom ging es mit einem Leistungsmesser auf die Suche nach den Stromfressern. Überraschenderweise waren die verdächtigen Kandidaten wie Kühltruhe und 12h stand-by Kaffeemaschine nicht die Übeltäter, ein paar kleine leise harmlose Pumpen im Heizungskeller wurden u.a. entlarvt. Die Heizung lief übers ganze Jahr, die Ladepumpe für den Warmwasserboiler, die Heizungspumpe und die Zirkulationspumpe für das Warmwasser rund um die Uhr. (In Summe ca. 150 EUR Strom / Jahr zzg. ca. 400 EUR Gas in den Sommermonaten für die Warmwasserbereitstellung)

Ladepumpe und Zirkulationpumpe wurden sofort an eine Zeitschaltuhr (2,50 EUR) angeschlossen, so dass tagsüber 1 x pro Stunde für 15 Minuten gepumpt wurde. Komforteinbußen waren nicht erkennbar. Aber die Heizung sprang nun ständig an, meist kurz vor Ende der Ladezeiten, so dass der Kessel richtig warm war, wenn die Pumpen abgeschaltet wurden. Der Kessel konnte nun in Ruhe auskühlen und es wurde klar, wieso der Wirkungsgrad der Verbrennung, den der Schornsteinfeger misst, nun überhaupt gar nichts mit dem Jahreswirkungsgrad der Heizungsanlage zu tun hat. Es musste also eine Lösung gefunden werden, wie der Heizungskessel gesteuert werden kann, ohne in die Kesselregelung einzugreifen. Denkbar sind eine harte Schaltung der Spannungsversorgung oder die Manipulation über den Aussentemperaturfühler. Ersteres ist eine unelegante Lösung, hier muss immer erst die Regelung des Kessels hochfahren. Die zweite Möglichkeit ist über ein digitales Potenziometer oder eine simple Widerstandsschaltung mit einem Relais einfach umsetzbar.

Bei einer Renovierungsaktion vor einigen Jahren wurden bereits vorsorglich Weichkupferrohre vom Heizungskeller in Richtung Flachdach verlegt und mit HT-Isolierung ummantelt. Zu diesem Zeitpunkt wurde auch ein Warmwasserboiler (290 l) installiert, der eine zusätzliche Wärmetauscherrohrschlange für eine Solaranlage enthielt. Im Heizungskeller versorgt ein Niedertemperaturkessel mit einer Heizungspume Radiatoren und Fussbodenheizungen mit Rücklauftemperaturreglern (Vorlauftemperaturen im Winter max. 60 °C). Eine zweite Pumpe am gleichen Kesselabgang dient als Ladepumpe für den Warmwasserboiler. Der Warmwasserkreislauf (Trinkwasser) wird mit einer Zirkulationspumpe versehen.

Das Haus, um das es hier geht, befindet sich in der Stadt Siegen im Süden von Nordrhein-Westfalen. Siegen liegt im Mittelgebirge, in dem jede Wolke gern etwas bleibt, auch um sich auszuweinen. Also nicht zu vergleichen mit sonnenverwöhnten Gebieten wie Rügen oder Freiburg. Insofern stellte sich nun die spannende Frage: wird hier eine Solaranlage wirtschaftlich sein können? Um die Antwort vorwegzunehmen: JA!

Technik

Kollektoren

Flach- oder Röhrenkollektoren, SSO, S, SSW Ausrichtung, Anstellwinkel etc. waren die ersten Fragen, die sich auftaten. Die Entscheidung fiel auf kostengünstige Flachkollektoren, dafür etwas mehr Fläche, als für eine Warmwasserbereitung in den Sommermonaten nötig wäre (4 x 2,5 m2). Tinox beschichtete Absorber versprachen einen hohen Wirkungsgrad. Die SSW Lage ergab sich aus der Lage des Hauses. Der Anstellwinkel bei 40° läßt den Kamin nicht ganz im Schatten stehen, ein steilerer Winkel wäre in den Wintermonaten optimaler. Die Aufständerung wird mit einer einfachen Edelstahl Winkelprofilkonstruktion realisiert.

Hydraulik

Die Anbindung der Leitungen erfolgt mit Klemmringverschraubungen, etwas teurer als Löt- oder Pressfittiche, aber für den Laien unter dem Strich ggf. günstiger. Der Rest wird mit Fittichen verschraubt: Ein nicht absperrbares 35l Ausgleichsgefäß, ein 6 bar Überdruckventil, eine Befüllarmatur, Schwerkraftbremsen im Vor- und Rücklauf, eine WILO Pumpe für Solaranlagen und eine Warmwasseruhr mit Impulsgeber, sowie Manometer und zahlreiche Thermometer.

Heizungsunterstützung

Mit der beschriebenen Konfiguration ist nach "Lehrbuch" erst mal keine Heizungsunterstützung machbar. Aber es geht doch: Wenn Ladepumpe und Heizungspumpe eingeschaltet werden, mischt sich der heiße Rücklauf aus dem Boiler mit dem kalten Rücklauf des Heizungskreises und nach wenigen Minuten werden die Heizkörper bei ausgeschaltetem Heizkessel heiß.

Solarregler

Wie bringt man nun alles unter einen Hut (Heizkessel, Warmwasser, solare Heizungsunterstützung etc.)? Wir bauen da mal was ... (SolarControl)

Messfühler

Meßschaltungen für Temperatursensoren kann man beliebig präzise und kompliziert konstruieren. Meßfühler ebenfalls. Um schnell mal erste Abschätzungen zu erhalten, wählen wir einen einfachen Weg mit einfachen Brückenschaltungen mit OPs und PT1000 Sensoren (2-Draht Messung auch bei langen Leitungen relativ gut machbar).

Die PT-1000 Sensoren werden mit Anschlussleitungen verlötet, die Lötstellen mit Schrumpfschlauch versehen. Das Ganze wird nun in Messingröhrchen gesteckt, an der Seite, and der die Leitungen herausragen, mit 2 Komponenten Epoxydharzkleber versiegelt, an der anderen Seite zunächst mit Wärmeleitpaste aufgefüllt und anschließend mit dem gleichen Kleber versiegelt (Für erste erfolgreiche Tests haben wir das Innenleben von 10mm2 Lüsterklemmen als Hülsen verwendet).

Blog

Die Anlage wurde Ende Mai 2010 befüllt und in Betrieb genommen - zunächst mit Zeitschaltuhren. Inzwischen liefern die Sensoren kontinuierlich Werte, die in einer Datenbank gespeichert werden. Die Pumpenlogik ist programmiert und wird anhand der Messkurven getestet.

21.05.2011

Die Anlage ist nun 1 Jahr in Betrieb. Der Gasverbrauch fiel zum Vorjahresvergleichszeitraum 27% geringer aus, wobei viele Optimierungen erst im laufenden Betriebsjahr realisiert wurden. Grafiken dazu unter Erträge.

11.11.2010

Das Android Internettablett ARCHOS 28 ist eingetroffen, die erste App ist fertig, die Fernbedienung / Fernüberwachung der Solaranlage für's Wohnzimmer läuft. Die Anlage hat den WAF (wife acceptance factor) erreicht. Nun sollen die Rolladen, die Markise und die Aussenbeleuchtung mit an den Solarregler und die Android App angebunden werden.

02.10.2010

Im Solarkreis haben offensichtlich die Schwerkraftbremsen nicht richtig funktioniert. Die Bremse im Vorlauf, ein 2 EUR Teil, wurde ausgetauscht gegen eine metallisch dichtende aufstellbare Bremse, wie sie auch im Rücklauf verbaut ist. Nun kühlt der Boiler nachts im unteren Bereich nicht mehr so stark aus, allerdings musste die Solarpumpe von der niedrigsten auf die mittlere Stufe gestellt werden, damit sie anläuft. Der Messfühler am Kollektor ist 10 cm neben dem Kollektor auf der waagerecht abgehenden Leitung montiert. Dieser Punkt ist nicht optimal, der Fühler wird demnächst näher am Ausgang montiert.

10.09.2010

Die Außentemperaturen fallen nachts auf unter 10°C, so daß nun auch die Heizung mit einbezogen werden muß. Nachdem in der Regelung des Buderus Kessels die Sommertemperatur, ab der der Kessel nicht mehr anspringt, auf 13°C gestellt ist, verhält sich die Kesselregleung wie gewünscht und die in der Kesselregelung berücksichtigte Speicherfähigkeit des Gebäudes führt nicht mehr zu einer nennenswerten Totzeit. Die Vorgabewiederstandswerte des Solarreglers zur Außenfühlersimulation sind dabei auf 16°C und -10°C zum Schalten parametriert. Nachdem der Kessel abgeschaltet wird, läuft die Heizungspumpe nach, bis der Kessel auf 40°C abgekühlt ist. Dadurch wird ein Großteil der Wärme noch genutzt und die Auskühlverluste werden verringert.

30.08.2010

Nach ein paar Regentagen muss der Gaskessel etws helfen. Die entsprechende Logik ist nun programmiert. Allerdings führt die Buderus Regelung des Kessels noch ein etwas ungwöhnliches Eigenleben, so dass sich der Kessel noch nicht wie gewünscht über den Aussentemperaturfühler steuern lässt. Die Buderus Regelung arbeitet mit extremer Zeitverzögerung, da sie die Speicherfähigkeit vom Gebäude berücksichtigt. Leider ist dies so gut wie nicht parametrierbar. Wenn sich dies durch anderweitige Parametrierung nicht optimieren lässt, muss der Kessel wohl per Relais geschaltet werden.
Optimierungsbedarf besteht auch noch in der Berücksichtigung des Aufheizverhalten des Kessels.

03.08.2010

Die Förderleistung der Solarpumpe wird nun abhängig von der Kollektortemperatur geregelt. Damit liefert die Anlage besonders bei wenig Sonneneinstrahlung erheblich mehr Leistung und das Anfahrverhalten ist besser.

25.07.2010

Nachdem die Anlage nun seit 2 Monaten mit bis zu 3,5 bar Betriebsdruck dicht ist, wird sie mit einem Glykol- / Wassergemisch 50/50 befüllt und entlüftet. Zunächst mit einer Baumarkttauchpumpe, anschließend mit Unterstützung der Solarpumpe. Die Anlage sollte nun bis -30°C frostsicher sein. Der Betriebsdruck ließ sich so nicht über 1 bar bringen. Aber am Ausgleichsgefäß ist ein Autoventil, durch dass der Druck von 2,0 auf 0,5 abgelassen wurde, anschließend haben die Pumpen noch mal 2 Liter hineinbekommen. Nach Druckerhöhung am Ausgleichsgefäß mittels einer Fahrradluftpumpe mit Manometer wurde der Ballon wieder auf 2,0 bar aufgepumpt, so dass die Anlage anschließend 2 bar Betriebsdruck aufwies.

16.07.2010

Auf der Visualisierungseite werden minütlich Logmeldungen aktualisiert, die zur Überprüfung der Regeln und zur Anzeige von Fehlerzuständen dienen.

11.07.2010

Inzwischen werden die Pumpen von der Regelung gesteuert. Die Leistungsmessung wurde optimiert, eine Erträgnisdatenbank wird nun per cronjob täglich mit der geernteten Sonnenenergie, den Pumpenlaufzeiten und der Energie, die die Pumpen verbraucht haben, fortgeschrieben. Die Ergebnisse sind unter dem Link Erträge zu sehen.

08.07.2010

Obwohl die Anlage z.Zt. faktisch nur gesteuert und nicht geregelt wird, steht der Gaszähler seit Befüllung im Mai 2010 still. An einigen Tagen wurde die Fussbodenheizung genutz, um den Boiler abzukühlen, wenn er Richtung 100 Grad ging.