Schutz vor Überhitzung im Sommer

Die Überhitzung der Solarthermieanlage im Sommer stellt hohe Anforderungen an die Verrohrung und die Ventile. Durch die Hitze verdampft dabei die Solarflüssigkeit und kondensiert anschließend wieder, wodurch ihre Alterung beschleunigt wird.

Zu einer Überhitzung kommt es, wenn die Solarkollektoren mehr Energie liefern, als der Pufferspeicher aufnehmen kann. Insbesondere für Solarthermieanlagen mit Heizunterstützung ist eine solche Überhitzung grundsätzlich nicht vermeidbar, da sie an warmen Sommertagen deutlich überdimensioniert sind. Die Überhitzung ist also eine Folge des bekannten Problems, dass bei einer Solarthermieanlage die Wärmeerzeugung ihr Maximum erreicht, wenn der Bedarf an Wärme gering ist. In gewissen Grenzen kann die Speicherkapazität des Pufferspeichers das ausgleichen, aber bei intensivem Sonnenschein erreicht der Speicher irgendwann die voreingestellte Maximaltemperatur. Ab diesem Zeitpunkt kann die Wärme aus den Kollektoren nicht mehr abgeführt werden, woraufhin diese sich immer weiter aufheizen. Dies wird als thermische Stagnation bezeichnet.

Eine naheliegende Maßnahme besteht darin, die Aufnahmekapazität des Pufferspeichers als Notausgang für die überschüssige Wärme zu nutzen. Ist also beispielsweise eine Speichertemperatur von 70 Grad voreingestellt, kann im Fall einer thermischen Stagnation eine weitere Aufheizung erlaubt werden. Diese zusätzliche Wärme wird nicht benötigt, aber im Fall einer Überhitzung der Solarthermieanlage geht es primär darum, Schäden durch die überschüssige Wärme zu vermeiden. Möglich ist sogar, einen künstlichen Verbraucher an das System anzuschließen, der lediglich Wärme an die Umgebung abführt – im Prinzip nichts anderes als Heizen bei offenem Fenster. Neben dieser Kühlfunktion wird in einigen Systemen auch eine Rückkühlfunktion genutzt. Dabei läuft die Solarpumpe nach Sonnenuntergang weiter, um den Speicher mit der dann kühleren Solarflüssigkeit wieder herunterzukühlen.

Einen wirksamen Schutz gegen Überhitzung bieten Drain-Back-Systeme. Dabei handelt es sich um ein gänzlich anderes Anlagenkonzept, das eine vollständige Entleerung der Solarkollektoren beinhaltet. Diese wird immer dann vorgenommen, wenn die Solarflüssigkeit in den Kollektoren mehr Schaden als Nutzen anrichtet, also bei Frost und im Fall einer Überhitzung. Das Entleeren der Solarkollektoren erfordert jedoch eine hohe Pumpleistung. Die Leitung zum Entleerungsgefäß ist am oberen Ende des Kollektorfeldes angeschlossen. In größeren Kollektorfeldern muss die Flüssigkeit daher über eine längere Strecke gegen die Schwerkraft gepumpt werden.

Solarthermieanlagen sind im Regelfall auf eine thermische Stagnation eingerichtet, alle Komponente halten den dabei auftretenden Drücken und Temperaturen stand. In größeren Anlagen mit Heizunterstützung beziehungsweise sehr hohem solaren Deckungsgrad tritt an heißen Sommertagen eine besonders hohe Überproduktion von Wärme auf, weswegen zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich sein können.