Speicher für Solarthermieanlagen: Warmwasserspeicher, Pufferspeicher, Kombispeicher
Sagen wir es frei nach Loriot: Eine Solarthermieanlage ohne Speicher ist möglich – aber sinnlos. Die erzeugte Solarwärme direkt zu verbrauchen, funktioniert ganz einfach zu selten. Viel zu große Wärmeverluste verhindern, dass sich die Anschaffungskosten von Kollektoren und Systemtechnik amortisieren. Ein Speicher dagegen hält warmes Wasser auf Vorrat – und erlaubt damit, die solare Wärme auch nachts oder bei schlechtem Wetter zu nutzen. Doch welcher Speicher ist der richtige? Wir führen die unterschiedlichen Speichertypen auf und helfen bei der Entscheidung.
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Der Speicher im Solarkreislauf
Der Begriff „Solarkreislauf“ beschreibt den Ablauf bereits/ eigentlich schon treffend: Das von der Sonne im Solarkollektor erwärmte Solarfluid (auch Solarflüssigkeit, Wärmeträger, Wärmeübertragungsmittel etc.) zirkuliert in Rohrleitungen zum Solarspeicher und wieder zurück zum Kollektor. Im Speicher gibt es seine Wärme ab, im Kollektor wird es wieder solar erhitzt. Ein Solarregler steuert diese Vorgänge. Je nach Speicherausführung können von dort warmes Trinkwasser und/oder Heizungswasser entnommen werden. Reicht die Sonnenstrahlung nicht aus, schaltet sich die Zusatzheizung ein. Ein Wasseranschluss sorgt für frisches Trinkwasser.
Funktionsweise der Solarthermiespeicher
Typischerweise sind Solarthermie-Speicher schlank und hoch. Und das nicht nur, damit sie eine möglichst geringe Stellfläche beanspruchen. Der Hauptgrund ist die natürliche Temperaturschichtung: Kaltes Wasser hat eine höhere Dichte als warmes, ist also „schwerer“ und sinkt deshalb nach unten. Genauso umgekehrt: Das warme Wasser sammelt sich im oberen Bereich. Je schlanker die Bauform, desto besser funktioniert das.
In Schemazeichnungen von Solarspeichern sieht man stets eine oder zwei übereinander angeordnete Spiralen in Rot/Blau. Sie werden als Wärmetauscher oder Wärmeübertrager bezeichnet. Der Vorlauf-Anschluss des solaren Rohrsystems befindet sich am oberen Ende der Spirale. Dort fließt die Wärmeträgerflüssigkeit (rot) in den Speicher und gibt beim Hinabsinken seine Wärme ab (blau). Logischerweise beginnt der Solarkreisrücklauf im unteren Speicherbereich.
Bivalenter Speicher
Zeigt eine Grafik zwei Spiralen, wird das Speicherwasser zusätzlich durch eine sogenannte Nachheizung erwärmt, daher auch der geläufige Begriff Zusatzheizung. Dies ist in Zeiten geringerer Sonneneinstrahlung besonders sinnvoll. Die Fachwelt hat auch dafür einen Begriff: bivalenter Speicher, Speicher, der von zwei Wärmequellen gespeist wird. Keine Sorge, die Zusatzheizung ist kein Gerät, das zusätzlich angeschafft werden muss. Die Nacherwärmung erfolgt ganz einfach durch die vorhandene Heizung, Ihren Gas-, Öl-, Pellet-Kessel etc.
Im Speicher eingebaute Rohrwärmetauscher sind der Standard. Es gibt jedoch auch andere Bauformen. Hier finden Sie die gängigen Modelle im Überblick:
- Rohrwärmetauscher mit glatten Rohren: Ein Emailüberzug schützt die herkömmlichen glattwandigen Stahlrohre vor Korrosion. Der Wärmeaustausch kann als gut beurteilt werden.
- Rohrwärmetauscher mit Rippenrohren: Kupfer-Rippenrohre mit Aluminiumlamellen haben baubedingt eine größere Wärmetauscherfläche, in den Lamellen kann sich jedoch möglicherweise Kalk absetzen.
- Plattenwärmetauscher: Bei außerhalb des Solarspeichers betriebenen Wärmeübertragern strömen die Medien an wellenförmig profilierten Platten vorbei: in die eine Richtung das wärmeabgebende Solarfluid, in die andere das aufzuwärmende Wasser. Zwar erfordert dies eine weitere Umwälzpumpe, dafür ist aber die Übertragungsleistung höher.
Speicherarten und -typen erklärt
Je nach Nutzungsziel werden folgende Speicherarten unterschieden:
- Warmwasserspeicher zum Erhitzen von Brauch- und Trinkwasser
- Pufferspeicher zur Unterstützung der Heizung
- Kombispeicher für beide Nutzungen.
Warmwasserspeicher zum Erhitzen von Brauch- und Trinkwasser
Soll ausschließlich warmes Wasser für die Nutzung im Haushalt vorgehalten werden, reicht die kleinste Variante aller Speicherarten aus: der Trinkwasserspeicher. Je nach Investitionsbereitschaft fällt die Entscheidung für eine Ausführung in Edelstahl (teurer) oder emailliertem Stahl (günstiger). Letztere Modelle können durch den Sauerstoff im Brauchwasser rosten. Eine eingebaute Magnesiumanode verhindert dies. Interessanterweise dient das warme Trinkwasser selbst als Speichermedium. Das heißt, es hält die vom Solarfluid eingespeiste Wärme lange vor. Dennoch ist eine Isolierung (s.u.) unverzichtbar.
Wie groß ein Brauchwasserspeicher im Idealfall ist, lesen Sie in unserem Beitrag zur Dimensionierung.
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Pufferspeicher für die Heizungsanlage
Pufferspeicher sind mit Heizungswasser gefüllte Stahlspeicher. Ihr Nutzungsziel ist die solare Heizungsunterstützung. Im Vergleich zu Warmwasserspeicher sind Pufferspeicher größer und müssen stärker wärmegedämmt werden. Üblicherweise wird die Sonnenwärme tagsüber eingespeist und zwischengespeichert und steht dann rund um die Uhr zur Verfügung. Größere Pufferspeicher können die Energie oft über mehrere Tage speichern, was bei Niedrigenergiehäusern eine durchaus sinnvolle Lösung ist.
Pufferspeicher können auch zur alleinigen Trinkwassererwärmung genutzt werden. Dies erfordert jedoch das Nachrüsten mit einer externen Frischwasserstation, kurz: FWS. Bei diesem System wird kaltes Leitungswasser über einen ebenfalls externen Plattenwärmetauscher (s.o.) in den Pufferspeicher geleitet, dort vom heißen Heizungswasser erhitzt und dann sofort verbraucht. Eine Trennung von Trink- und Heizungswasser ist selbstverständlich gegeben. Der Vorteil des Durchlaufprinzips: Da immer kaltes Frischwasser nachläuft, ist die Gefahr einer Legionellenbildung deutlich minimiert.
Soll zusätzlich das Trinkwasser erwärmt werden, können wahlweise Zweispeichersysteme oder Kombispeichersysteme zur Anwendung kommen. Ein Zwei-Speicher-System erkennt man an zwei getrennten Geräten: ein Warmwasserspeicher neben dem Pufferspeicher. Werden die beiden Nutzungsarten von vorneherein geplant, empfiehlt sich allerdings ein Kombispeicher:
Kombispeicher – die Zwei-in-eins-Lösung
Wer nicht zwei Speicher nebeneinander aufstellen möchte, der wird sich bei einer Solarthermieanlage zur Warmwasser- und Heizungsunterstützung für einen Kombispeicher entscheiden. Zur Auswahl stehen dabei besonders temperaturbeständige Stahlspeicher und günstige, leichter zu installierende Kunststoffspeicher. Übliche Größen sind Kombispeicher von 500 bis 800 Litern. Den größten Teil des Speichervolumens nimmt dabei das zu erwärmende Heizwasser ein. Davon getrennt ist der integrierte Warmwasserspeicher. Dessen Gestaltung bestimmt die Bauweise des Kombispeichers:
- Tank-in-Tank-System: Beim Klassiker wird ein innen liegender, kleinerer Tank als Trinkwasserspeicher Aufgrund der dort schnelleren Erwärmung ist er im oberen Drittel des Kombispeichers angesiedelt. Die einfachen Zweibehältersysteme sind weitaus günstiger als die bereits beschriebenen Zweispeichersysteme. Ihr größter Vorteil ist aber die deutliche Platzersparnis – der allerdings auch ein begrenzter Vorrat an Trinkwasser gegenübersteht.
- Durchlaufsystem oder Durchflusssystem: Bei diesem Kombispeichertyp ist die Frischwasserstation (s.o.) gleich integriert. Die für das spiralförmige Rohr geläufige Bezeichnung Frischwasserspeicher ist etwas irreführend, denn gespeichert wird nur die Wärme, das Wasser kommt immer frisch aus der Zuleitung. Wie bei einer FWS ist auch im Frischwasserspeicher die Gefahr der Legionellenbildung äußerst gering, was dem System den Zweitnamen Hygienespeicher eingebracht hat. Die Lösung ist zwar teurer als ein Tank-in-Tank-Speicher, dafür steht einem höheren Bedarf an warmem Trinkwasser nichts im Weg.
Solarspeicher kaufen: Darauf kommt es an
Die Kaufentscheidung wird von fünf Faktoren getragen:
- Bauform: Sinn und Zweck der schmalen, hohen Bauform wurden bereits beschrieben. Ideal ist ein Verhältnis Höhe zu Durchmesser von mindestens 2,5:1.
- Wärmedämmung: Es ist genau wie bei den Solarrohren: Die Isolierung beeinflusst den Wärmeertrag. Die Dämmschicht eines Warmwasserspeichers hat häufig eine Stärke von 10 bis 15 cm, bei Pufferspeichern sind bis zu 50 cm nicht selten. Aber auch hier schreitet die Entwicklung fort, spielt das Dämmmaterial eine immer größere Rolle. Entscheidend ist das Energieeffizienzlabel: Seit 2017 muss die Dämmung mindestens die Klasse C erfüllen.
- Temperaturbeständigkeit: Im oberen Teil eines Solarthermie-Speichers können sehr hohe Temperaturen entstehen. Um dem zu widerstehen, bietet sich Stahl als Werkstoff an. Innenbeschichtungen aus Kunststoff sollten eine ebenso hohe Hitzeresistenz aufweisen wie Solarwärmespeicher aus Vollkunststoff.
- Größe: Die Dimension eines Solarspeichers richtet sich natürlich nach dem Verbrauch der im Haushalt lebenden Familienmitglieder. Genauere Informationen zu diesem Thema lesen Sie im Abschnitt „Solarthermie Wärmespeicher dimensionieren“ unseres Beitrags zur richtigen Dimensionierung von Solarthermie-Anlagen.
- Preis: Entscheidend sind hierbei neben der Größe auch das Material und der Einsatzzweck des Speichers. Für weitere Informationen verweisen wir auf unseren Beitrag Solarthermie Anschaffungskosten.
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