Kreislauf der Solaranlage - Zweikreisanlage

In Deutschland werden vor allem sogenannte Zweikreisanlagen mit einem Zwangsumlauf montiert. Dabei wird durch eine Pumpe die Wärme über die Trägerflüssigkeit in den Wasserspeicher transportiert, wo sie über einen Tauscher an das Trinkwasser abgegeben wird.
Zum Schutz vor Frostschäden befindet sich ein Wasser-Frostschutzgemisch im Solarkreislauf. Der zweite Kreis bringt das Trinkwasser an die Zapfstellen.

Kreislauf der Solaranlage - Einkreisanlage

Bei Einkreisanlagen dagegen wird das Trinkwasser direkt im Kollektor erwärmt. Diese Solaranlagen sind vor allem üblich in südlicheren Gegenden, in denen die Frostgefahr gering ist.

Die Funktionsweise und der Unterschied zwischen Einkreisanlagen und Zweikreisanlagen

Solaranlagen können entweder als Einkreisanlagen oder Zweikreisanlagen ausgelegt sein. Beide Systeme haben unterschiedliche Funktionsweisen und Einsatzbereiche.

Einkreisanlagen

Einkreisanlagen sind die einfachste Form von Solaranlagen. Sie bestehen aus einem geschlossenen Kreislauf, in dem sich die Wärmeträgerflüssigkeit (oft ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel) bewegt. Der Kreislauf umfasst den Solarkollektor und den Warmwasserspeicher. Die Wärmeträgerflüssigkeit wird durch den Solarkollektor gepumpt und absorbiert dort die Sonnenenergie, wodurch sie erwärmt wird. Anschließend fließt die erwärmte Flüssigkeit in den Warmwasserspeicher und gibt ihre Wärmeenergie ab, um das Wasser im Speicher zu erwärmen. Der erwärmte Wärmeträger kehrt dann zum Kollektor zurück, um erneut erhitzt zu werden. Dieser einfache Kreislauf ermöglicht eine effiziente Warmwassererzeugung, ist aber in der Regel nicht für die Heizungsunterstützung geeignet.

Zweikreisanlagen

Zweikreisanlagen, auch als Solarkreislauf-Heizungsunterstützungssysteme bekannt, bestehen aus zwei separaten Kreisläufen. Der erste Kreislauf ist der Solarkreislauf, der den Solarkollektor und den Wärmetauscher im Warmwasserspeicher umfasst. In diesem Kreislauf zirkuliert die Wärmeträgerflüssigkeit und erwärmt sich im Solarkollektor durch die Sonnenstrahlung. Die erwärmte Flüssigkeit wird dann durch den Wärmetauscher im Warmwasserspeicher geleitet und gibt ihre Wärmeenergie an das Wasser im Speicher ab. Der zweite Kreislauf ist der Heizkreislauf, der das Heizsystem im Haus versorgt. In diesem Kreislauf zirkuliert ein Wärmeträgermedium (z. B. Wasser oder Glykol), das durch den Wärmetauscher im Warmwasserspeicher erwärmt wird. Die erwärmte Flüssigkeit wird dann zu den Heizkörpern oder Fußbodenheizungen im Haus geleitet und gibt dort ihre Wärmeenergie ab. Diese Art von Solaranlage ermöglicht sowohl die Warmwassererzeugung als auch die Heizungsunterstützung und bietet eine effiziente Nutzung der Solarenergie.

Der Hauptunterschied zwischen Einkreisanlagen und Zweikreisanlagen liegt in der Nutzung. Einkreisanlagen sind in erster Linie für die Warmwassererzeugung ausgelegt und eignen sich gut für den Einsatz in Haushalten, in denen der Schwerpunkt auf der Bereitstellung von heißem Wasser liegt. Zweikreisanlagen hingegen bieten die Möglichkeit, sowohl Warmwasser als auch Heizungsunterstützung zu bieten und sind daher ideal für Gebäude, die sowohl eine zuverlässige Warmwasserversorgung als auch eine effiziente Raumheizung benötigen.

Bei der Auswahl des geeigneten Systems sollten individuelle Anforderungen, wie der Warmwasserbedarf, der Heizungsbedarf und die baulichen Gegebenheiten des Hauses berücksichtigt werden.

Thermosiphonanlagen

Bei sogenannten Thermosiphonanlagen entfallen sowohl Regelung als auch Solarkreis-Umwälzpumpe. Durch den Dichteunterschied der in Vorlauf- und Rücklaufbereich unterschiedlich warmen Trägerflüssigkeit kommt es zu einer natürlichen Eigenzirkulation. Die Montage einer Thermosiphonanlage scheitert jedoch in der Regel an der Notwendigkeit, den Warmwasserspeicher oberhalb des Kollektors anzuordnen.

Der Thermosiphon-Effekt

Der Thermosiphon-Effekt ist ein physikalisches Phänomen, das bei solarthermischen Systemen, insbesondere bei Warmwasserbereitungsanlagen, genutzt wird. Es ermöglicht den natürlichen Zirkulationsprozess von Flüssigkeit oder Gas, der ohne den Einsatz von Pumpen oder mechanischen Vorrichtungen auskommt. Der Effekt beruht auf der Eigenschaft von Flüssigkeiten oder Gasen, ihre Dichte mit der Temperatur zu verändern.

Der Thermosiphon-Effekt tritt in solarthermischen Systemen auf, die aus einem Kollektor und einem Speicher bestehen. Der Kollektor ist so positioniert, dass er der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist und sich dadurch erwärmt. Im Inneren des Kollektors befindet sich ein Absorber, der die Sonnenenergie absorbiert und in Wärme umwandelt. Diese Wärme wird an die in einem Rohrsystem zirkulierende Flüssigkeit oder das Gas abgegeben.

Wenn die Flüssigkeit oder das Gas im Kollektor erhitzt wird, wird es leichter und steigt nach oben. Gleichzeitig wird das abgekühlte Medium im unteren Bereich des Systems schwerer und sinkt nach unten. Dies erzeugt einen natürlichen Auftrieb oder eine natürliche Konvektion, bei der das warme Medium nach oben steigt und das kalte Medium nach unten sinkt. Dadurch entsteht ein ständiger Fluss, der ohne zusätzliche Energiezufuhr aufrechterhalten wird.

Der Thermosiphon-Effekt ermöglicht es, dass die erwärmte Flüssigkeit oder das Gas im Kollektor aufsteigt und in den Warmwasserspeicher gelangt. Dort gibt es seine Wärmeenergie ab und kühlt sich ab. Das abgekühlte Medium sinkt wieder nach unten und wird erneut durch den Kollektor geleitet, um erneut erwärmt zu werden. Dieser Zyklus setzt sich fort, solange die Sonnenstrahlung vorhanden ist und der Temperaturunterschied zwischen dem Kollektor und dem Speicher besteht.

Der Thermosiphon-Effekt bietet einige Vorteile. Da keine Pumpen oder mechanischen Vorrichtungen benötigt werden, entfallen die damit verbundenen Kosten und der Energieverbrauch. Das System ist einfach aufgebaut und weniger anfällig für Ausfälle oder Störungen. Es ist auch leise und erfordert nur minimale Wartung.

Allerdings gibt es auch einige Einschränkungen bei der Verwendung des Thermosiphon-Effekts. Der Aufbau des Systems erfordert eine geeignete Positionierung von Kollektor und Speicher, um den natürlichen Auftrieb zu ermöglichen. Die Entfernung zwischen Kollektor und Speicher sollte nicht zu groß sein, da dies den Druckverlust und die Effizienz des Systems beeinträchtigen kann. Darüber hinaus ist der Thermosiphon-Effekt abhängig von der Temperaturdifferenz und der Dichteänderung der Flüssigkeit oder des Gases, was bedeutet, dass die Leistung des Systems von den klimatischen Bedingungen beeinflusst werden kann.

Insgesamt ist der Thermosiphon-Effekt eine effiziente und kostengünstige Methode, um solarthermische Systeme zur Warmwassererzeugung zu betreiben. Mit seiner einfachen Funktionsweise und den natürlichen Zirkulationsprozessen bietet er eine zuverlässige Möglichkeit, Sonnenenergie für die Warmwasserbereitung zu nutzen.