Die Anzahl der Kollektoren hat Einfluss auf den Volumenstrom des Kollektorfeldes. Je mehr Kollektoren durchströmt werden, desto größer muss der zirkulierende Gesamtvolumenstrom
sein, um die Wärme in den Speicher transportieren zu können. Die Anzahl der Kollektoren und deren Verschaltung untereinander hat Einfluss auf den Druckverlust der Einzelfelder und des Gesamtfeldes.
Bei der hydraulischen Verschaltung ist daher darauf zu achten, dass der maximale Volumenstrom und der maximal mögliche Druckverlust der Solarstation nicht überschritten werden.
In Kombination mit einer Solarstation von 22 l/min können bis zu 14 Röhrenkollektoren verschaltet werden. Hierbei gilt natürlich, dass der Planer sich an die Herstellerangaben hält. Die hier vorgestellten hydraulischen Schaltungen gelten für Röhrenkollektoren von Vaillant.
Bei größeren Anlagen ist eine Druckverlustberechnung durchzuführen und die korrekte Dimensionierung von Rohrleitung, Pumpe und Ausdehnungsgefäß zu prüfen.
Der Durchfluss im Kollektorkreis ist am Durchflussmengenmesser der Anlage zu überprüfen und gegebenenfalls durch Auswahl der Pumpenstufe so einzustellen, dass der erforderliche Volumenstrom erreicht oder überschritten wird.
Begriffsbestimmungen
Beim hydraulischen Anschluss eines Kollektors bzw. des Kollektorfeldes treten weitere, im Folgenden erklärte Begriffe auf:
Vorlauf / Rücklauf
Entsprechend der Betrachtung des Kollektors als Heizkessel wird die vom Kollektor in Richtung Speicher abgehende Leitung mit höherer Temperatur Vorlauf genannt. Der in Fließrichtung hinter dem Speicher liegende und in Richtung Kollektor verlegte Teil wird als Rücklauf bezeichnet.
Reihenschaltung
Die Vorlaufleitung des ersten Kollektors bildet die Rücklaufleitung des zweiten usw., d. h., jeder Kollektor wird vom Gesamtvolumen durchströmt. Der Verrohrungsaufwand ist minimal. Vorteil gegenüber der Parallelschaltung ist, dass sich auch unsymmetrische Anlagen mit unterschiedlich vielen Kollektoren pro Reihe gleichmäßig durchströmen lassen.
Parallelschaltung
Durch jedes parallel verschaltete Kollektorfeld und jeden parallel verschalteten Kollektor geht nur ein Teil des gesamten Volumenstromes. Der Druckverlust eines Kollektorteilfeldes ist identisch mit dem des Gesamtfeldes. Der Verrohrungsaufwand innerhalb eines Feldes ist sehr gering, für die Verrohrung der einzelnen Felder untereinander aber etwas größer. Es können jedoch nur Reihen mitgleicher Anzahl von Kollektoren parallel geschaltet werden. Außerdem ist darauf zu achten, dass Vorund Rücklaufleitungen zu parallelen Strängen möglichst gleich lang gehalten werden (Tichelmann) und möglichst auch die gleiche Anzahl von Bögen aufweisen, um eine gleichmäßige Durchströmung zu gewährleisten.Bei der Verschaltung nach Tichelmann sollte sich die zusätzliche Rohrstrecke im kühleren Rücklauf des Kollektors befinden, um Wärmeverluste zu minimieren.
High-Flow
(engl.: hoher Volumenstrom) 30 – 40 l / m² Kollektorfläche und Stunde. Übliche Betriebsweise in kleinen Anlagen. Bei diesem Volumenstrom stellt sich -in Abhängigkeit von der Einstrahlung -eine Temperaturdifferenz von ca. 10 – 15 K zwischen Vor- und Rücklauf ein. Dies ist unabhängig davon, wie viele Kollektoren verwendet werden, und auch unabhängig davon, ob diese in Reihe oder parallel verschaltet werden. Durch den angepassten Volumenstrom ist der Temperaturverlauf in jedem Kollektorteilfeld gleich.
Low-Flow
(engl.: niedriger Volumenstrom) Mindestens 15 l / m² Kollektorfläche und Stunde. Übliche Betriebsweise in Anlagen über 30 m² Kollektorfläche. Im Zusammenhang mit „Ziel- bzw. Schichtenladung“ zunehmend auch in Kleinanlagen eingesetzt. Kann auch bei kleinen Anlagen eingesetzt werden, um beispielsweise mit der kleineren Solarstation über fünf Kollektoren verschalten zu können. Hier wird der gegenüber High-Flow verminderte Ertrag zugunsten einfacher Montage in Kauf genommen. Bei Low-Flow-Betriebsweise wird im Kollektorfeld -in Abhängigkeit von
der Einstrahlung -ein größerer Temperaturhub von 20 – 25 K erreicht.
Jedoch sind höhere Temperaturen nicht gleichbedeutend mit mehr Energie, denn: Die nutzbare Energiemenge ist immer das Produkt aus Volumenstrom und Temperaturdifferenz! Und das insgesamt höhere Temperaturniveau im Kollektorkreis führt zu größeren Wärmeverlusten an die Umgebung.
In kleinen Solaranlagen zur Warmwasserbereitung kann die High-Flow-Betriebsweise gegenüber Low-Flow im Extremfall bis zu 20 % höhere Erträge liefern und ist deshalb vorzuziehen (es sei denn, es werden Schichtbeladevorrichtungen eingesetzt, die eine schnellere Wärmebereitstellung auf nutzbarem Temperaturniveau ermöglichen).
Die Low-Flow-Betriebsweise bietet im Bereich von Kleinanlagen jedoch mehr Gestaltungsfreiheit auf dem Dach. Eine Verschaltung von mehr als fünf Kollektoren wäre mit High-Flow und der Solarstation 6 l / min nicht möglich. Außerdem führt Low-Flow zu einer kostengünstigeren und schnelleren Montage, da der Verrohrungsaufwand deutlich reduziert werden kann.
Für größere Kollektorfelder schwächt sich der Nachteil der Low-Flow-Betriebsweise deutlich ab. Demgegenüber nehmen die Vorteile von Low-Flow mit steigender Kollektoranzahl zu:
- geringerer Verrohrungsaufwand durch deutlich reduzierte Vor- und Rücklaufleitungen,
- kostengünstigere und schnellere Montage (weniger Kollektorteilfelder, weniger Rohrleitungen, u. U. weniger Dachdurchführungen etc.),
- kleinere erforderliche Rohrquerschnitte; damit auch günstigere Wärmedämmung und auch bei größeren Kollektorfeldern
- geringere Leistungsaufnahme der Solarpumpe.
Lufteinschlüsse vermeiden!
Luft im Solarkreis beeinträchtigt den Wirkungsgrad der Anlage erheblich. Bei größeren Luftmengen kann der Transport der Solarflüssigkeit unterbrochen werden, was u. a. Schäden an der Pumpe durch das Heißlaufen der Lager nach sich ziehen kann. Um die Gefahr von Lufteinschlüssen zu vermeiden, muss bei drei oder mehr parallel verschalteten Kollektor fel dern je ein Absperrventil in den Kollektorvorlauf (heiße Seite) des Einzelfeldes eingebaut werden. Dies dient der Entlüftung der Einzelfelder bei der Inbetriebnahme.
