Wartung von thermischen Solaranlagen

Special regenerative Energien
anlage nur bei abgedeckten
Kollektoren durchgeführt werden. Die weitere Vorgehensweise kann dann wie folgt
aussehen:
∑ Sichtprüfung der Kollektoren,
∑ Wärmedämmung der Rohrleitungen prüfen,
∑ Sicherheitseinrichtungen
auf Funktion und Anlagendruck prüfen,
∑ Solaranlage entlüften,
∑ Frostschutztemperatur und
pH-Wert des Wärmeträgermediums prüfen,
∑ elektrische Anschlüsse prüfen,
∑ Schaltfunktionen der Solarregelung prüfen,
∑ Umwälzpumpen
und
Durchflussmenge prüfen.
Wartung von
thermischen Solaranlagen
Sichtprüfung der Kollektoren
Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Rogatty*
Thermische Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung ­stellen
eine etablierte, ausgereifte und zuverlässige Technik dar. Stammen Solaranlage und
konventionelle Heiztechnik von einem Komplettanbieter, so ist zudem das problemlose
Zusammenspiel der unterschiedlichen Anlagenkomponenten gewährleistet. Wie alle technischen Systeme, so bedürfen aber auch Solaranlagen für einen dauerhaft störungsfreien
und sicheren Betrieb der regelmäßigen Wartung.
G
*) Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Rogatty, Viessmann Werke GmbH,
Allendorf
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rundsätzlich sind für
die Wartung von thermischen Solaranlagen die
Vorgaben der jeweiligen Hersteller in den mitgelieferten
Bedienungs- und Serviceanleitungen zu beachten. Sinnvollerweise sollte eine Solaranlage im Zuge der jährlich
stattfindenden Wartung der
Heizungsanlage von qualifiziertem Fachpersonal inspiziert werden. Da der Frostund Korrosionsschutz für die
Betriebssicherheit der Anlage
von besonderer Bedeutung
ist, empfiehlt es sich, auch
den Zustand des Wärmeträgermediums (Wasser-GlykolGemisch) einmal pro Jahr zu
überprüfen.
Vorgehensweise
Zur Wartung ist die Anlage außer Betrieb zu nehmen.
Um Geräteschäden zu vermeiden, sollten jegliche Arbeiten
an den Bauteilen der Solar-
Sonnenkollektoren sind im
Allgemeinen gemäß DIN EN
12975-2 auf ihre Belastbarkeit
geprüft. So widerstehen solche Kollektoren allen in unseren Breiten üblicherweise
auftretenden Wettereinflüssen wie Hagelschlag, Sturm
und Schneelasten. Trotzdem können durch besonders extreme Naturereignisse
Schäden verursacht werden,
etwa durch Orkanböen, die
auch schwerere Gegenstände (Dachziegel, dickere Äste
usw.) umher fliegen lassen.
Flachkollektoren sollten deshalb auf Defekte an der Glasabdeckung und dem Kollektorgehäuse, Vakuum-Röh-
∂ Bild 1: Sichtkontrolle von Vakuum-Röhrenkollektoren.
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∂ Bild 2: Vakuum-Röhren aus Borosilikatglas gewährleisten ein dauerhaft
wärmedämmendes Vakuum und lange Nutzungsdauer.
renkollektoren auf Schäden
an den Glasröhren und dem
Sammlergehäuse untersucht
werden. Undichte VakuumRöhren lassen sich u. a. daran
erkennen, dass ihre Oberfläche spürbar wärmer ist als die
der intakten Röhren im gleichen Kollektor, da bei ihnen
das wärmedämmende Vakuum nicht mehr vorhanden ist
(Bilder 1 und 2).
Weitere Prüfpunkte bei den
Kollektoren sind ihre sichere
Befestigung auf dem Dach
bzw. auf der Unterkonstruktion, die Dichtheit aller Anschlüsse und der korrekte, feste Sitz des Temperatursensors
am Kollektor. Gegebenenfalls
sollten bei starker Verschmutzung der Solarglasabdeckung
bzw. der Vakuum-Röhren die
Kollektoren mit Wasser gereinigt werden.
Wärmedämmung der
Rohrleitungen
Die Wärmedämmung der
Rohrleitungen soll Wärmeverluste auf dem Weg vom
Kollektor zum Solarspeicher
verhindern. Sie muss wegen
der in Solaranlagen auftretenden hohen Temperaturen
besonders temperaturbeständig sein. Bei Rohrleitungen im
Außenbereich – eine fachgerechte Ausführung vorausgesetzt – ist sie zudem UV-
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strahlungsbeständig
und
gegen Kleintierverbiss und
Vogelfraß, zum Beispiel durch
eine Metallummantelung, geschützt.
Um die volle Wirkung der
Wärmedämmung dauerhaft
zu gewährleisten, müssen
sämtliche Rohrleitungen auf
Beschädigungen und den korrekten Sitz der Dämmung untersucht werden. Beschädigte
Abschnitte sind auszutauschen, schlecht sitzende Dämmungen nachzurichten.
Im Rahmen dieser Arbeiten können auch die Rohrleitungsanschlüsse am Speicher-Wassererwärmer bzw.
am Heizwasser-Pufferspeicher auf Dichtigkeit untersucht und der Speichertemperatursensor am Speicherbehälter auf korrekten Sitz
geprüft werden. Bei SpeicherWassererwärmern mit Opferoder Fremdstromanode sollte
auch die Anode kontrolliert
und gegebenenfalls erneuert
werden.
Sicherheitseinrichtungen
Das
Wasser-Glykol-Gemisch dehnt sich mit zunehmender Temperatur aus und
verdampft gegebenenfalls bei
Anlagenstillstand (Stagnati-
on). Im Kollektorkreis ist deshalb ein Membran-Ausdehnungsgefäß (MAG) integriert,
das sowohl die Wärmeausdehnung der Wärmeträgerflüssigkeit als auch das während einer Stagnationsphase
entstehende Dampfvolumen
aufnimmt – bevor das Sicherheitsventil anspricht und
Flüssigkeit austreten kann.
∂ Bild 3: Solar-Ausdehnungsgefäß
mit Absperrventil und Befestigung.
Ausdehnungsgefäß (Bild 3)
und Sicherheitsventil – diese
für die Sicherheit der Anlage
wichtigen Bauteile – sind bei
einer Wartung auf ihre Funktionstüchtigkeit zu überprüfen.
Dabei kommt der Kontrolle des Anlagendrucks und
des Vordrucks im Membran-
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∂ Bild 4: Station zum schnellen und sauberen Befüllen von Solaranlagen.
Ausdehnungsgefäß besondere Bedeutung zu. Sind der
MAG-Vordruck und der Systemdruck nicht richtig eingestellt, kann es u. a. bei einer
Volumenverringerung (zum
Beispiel durch den abendlichen Temperaturrückgang
bei Sonnenuntergang) durch
Unterdruck zu Lufteintritt in
den Kollektorkreis kommen.
Zur Überprüfung und Korrektur des MAG-Vordrucks und
des Anlagendrucks kann folgendermaßen vorgegangen
werden (hängt aber auch
vom jeweiligen Systemlieferanten ab):
1. Anlage so weit entleeren,
bis das Manometer „0“ anzeigt bzw. das Kappenventil
am MAG schließen und den
Druck abbauen.
2. Ist der Vordruck des
MAGs niedriger als der Sollwert, ist so viel Stickstoff
nachzufüllen, bis der Vordruck gleich dem Sollwert
∂ Bild 5:
­ andre­fraktometer
H
zur Bestimmung der
Frostschutztem­peratur
des Wärmeträger­
mediums.
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ist. Der Vordruck-Sollwert
kann nach folgender Größengleichung errechnet werden:
pst = 1,0 bar + 0,1 ·
statische Höhe in m
(statische Höhe = vertikaler
Abstand zwischen Kollektor­
oberkante und Ausdehnungsgefäß).
3. Anschließend ist im Kollektorkreis Wärmeträgermedium nachzufüllen, bis der Anlagendruck 0,3 bis 0,5 bar höher als der Vordruck-Sollwert
des MAGs ist. Dabei ist unbedingt zu beachten, dass ausschließlich das vom Hersteller vorgesehene Wärmeträgermedium nachgefüllt wird.
Das Zumischen von Wasser setzt den Frostschutz herab, während das Zumischen
anderer Wärmeträgerflüssigkeiten die Eigenschaften
des Wärmeträgermediums,
zum Beispiel den Korrosi-
∂ Bild 6: Solar-Prüfkoffer mit allen für die Prüfung von Solaranlagen
­erforderlichen Instrumenten.
onsschutz, beeinträchtigen.
Die Sicherheitswasservorlage
im MAG soll 0,5 % des Flüssigkeitsinhaltes der gesam­
ten Solaranlage (Kollektoren,
Rohrleitungen, Wärmetauscher im Speicher-Wassererwärmer), jedoch mindestens
3 l betragen.
Mit einer Befüllstation
kann die Solaranlage schnell
und einfach wieder befüllt
werden. Dazu verfügen solche Arbeitshilfen (Bild 4) über
eine Impellerpumpe, die bis
zu 30 l/min. fördert und einen
maximalen Betriebsdruck von
4 bar erzeugen kann.
Solaranlage entlüften
Nach dem Befüllen muss
der Entlüfter geöffnet werden,
damit die eingedrungene Luft
aus der Solaranlage entweichen kann. Um die Umwälzpumpe zu entlüften, muss
diese auf die höchste Stufe eingestellt und mehrmals
ein- und ausgeschaltet werden. Die Entlüftung muss so
lange wiederholt werden, bis
der Schwimmer in der Durchflussanzeige bei laufender
Pumpe eine konstante Position einnimmt. Anschließend
die erforderliche Durchfluss-
menge über die Leistungsstufe der Umwälzpumpe einstellen. Entlüfter anschließend
absperren.
Frostschutztemperatur und
pH-Wert
Das Glykol im Wärmeträgermedium dient unter anderem dazu, den Gefrierpunkt
herabzusetzen, um das Einfrieren der Solaranlage zu verhindern. Üblicherweise sind
Solaranlagen mit vorschriftsmäßigem Wärmeträgermedium bis -28 °C frostsicher.
Glykol ist ein organisches
Produkt und unterliegt damit
einem natürlichen Alterungsprozess. Abhängig von verschiedenen Einflussfaktoren
wie Temperatur und Häufigkeit von Stagnationsphasen
finden chemische Prozesse
statt, die u. a. zu einer Verringerung des pH-Wertes führen. Wenn zusätzlich Luftsauerstoff in das System gelangt,
wird der Alterungsprozess unter Umständen beschleunigt.
Deshalb sollte das Wärmeträgermedium jährlich geprüft
werden.
Der Säuregehalt lässt
sich schnell und einfach mit
einem pH-Streifen prüfen, der
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sich nach kurzem Eintauchen
in das Wärmeträgermedium
je nach pH-Wert verfärbt. Anschließend kann anhand einer Skala der pH-Wert abgelesen werden. Bei Werten unter
7,5 sollte die Anlage mit neuer Wärmeträgerflüssigkeit befüllt werden.
Für die Bestimmung der
Frostschutztemperatur wird
ein Refraktometer genutzt.
Dazu werden ein bis zwei
Tropfen des Wärmeträgermediums auf die Prismenoberfläche eines Handrefraktometers
gegeben. Anschließend kann
auf einer Skala die aktuelle
Frostschutztemperatur abgelesen werden (Bild 5).
Elektrische Anschlüsse
Vor der Wiederinbetriebnahme der Solaranlage soll-
∂ Bild 7: Moderne digitale Solar­
regelungen koordinieren die
­Zusammenarbeit der verschiedenen
Anlagenkomponenten.
ten alle elektrischen Steckverbindungen und Leitungsdurchführungen auf festen
Sitz geprüft und elektrische
Leitungen auf eventuelle Beschädigungen
untersucht
werden. Ist die Anlage wieder
in Betrieb gesetzt, können die
elektrischen Anschlüsse von
Komponenten wie zum Beispiel Temperatursensoren mit
einem Multimeter überprüft
werden.
Multimeter sowie die zuvor
erwähnten pH-Streifen und
Handrefraktometer sind Bestandteile von Solar-Prüfkoffern (Bild 6). Sie enthalten alle
für die Prüfung und Wartung
von solarthermischen Anlagen erforderlichen Geräte
und Utensilien. Dazu gehören auch ein Manometer, ein
Messglas für Proben, Entlüftungsschlüssel und Prüfplaketten. Solar-Prüfkoffer stellen somit eine praktische Arbeitshilfe dar.
Schaltfunktionen
Ein hochwertiger Sonnenkollektor allein garantiert
noch keinen maximalen Ener­
gieertrag. Bei Solaranlagen
kommt es auf eine Systemlösung an, bei der alle Komponenten genau aufeinander abgestimmt sind. Besondere Bedeutung hat in diesem
System die elektronische Regelung, die das Zusammenspiel der verschiedenen Bestandteile koordiniert. Die
Digitaltechnik ermöglicht es,
die unterschiedlichen Wärmequellen wie Kessel und Solaranlage optimal aufeinander abzustimmen. Dabei wird
der kostenlosen Sonnenenergie Priorität eingeräumt und
so der Energieverbrauch des
Heizkessels reduziert. Dazu
kann eine zeitgemäße Solarregelung über einen Datenbus mit der digitalen Regelung des Heizkessels kommunizieren (Bild 7).
Solarregelungen arbeiten
nach dem Prinzip der Temperaturdifferenzmessung. Dabei werden die Temperaturen
am Kollektorausgang und im
Speicher gemessen und miteinander verglichen. Steigt
die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Messstellen
über einen eingestellten Wert,
beispielsweise 8 K, schaltet die
Solarregelung die Umwälzpumpe zur solaren Speicherbeladung ein. Fällt sie unter
einen bestimmten Wert, wird
die Pumpe wieder ausgeschaltet.
Die Werte für Ein- und
Ausschalttemperaturen müssen individuell an die jeweilige Anlage in Abhängigkeit
von Kollektorfläche, Rohrleitungslänge und Speicher
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angepasst werden. Beispielsweise kann man bei großen
Entfernungen zwischen Kollektor und Speicher eine Temperaturdifferenz von 12 K einstellen, bei besonders kurzen
Rohrleitungslängen eher 6 K.
Zur Prüfung der Schaltfunktionen sind die dazugehörige Serviceanleitung sowie
das Inbetriebnahmeprotokoll
bzw. frühere Serviceprotokolle
zu beachten. Bei der Kontrolle
der Einstellungen sollten die
im Display angezeigten Werte, zum Beispiel für die Temperaturen der Kollektor- und
Speichersensoren, auf Plausibilität geprüft werden.
Umwälzpumpen und
Durchflussmenge
Umwälzpumpe, Durchflussregulierventil und Rückschlagventile sind üblicherweise in einer Solarstation
zusammengefasst. Nach der
Wiederinbetriebnahme sollten diese Bauteile noch einmal einer Kontrolle unterzogen werden. Ist die Pumpe
richtig eingestellt und vollständig entlüftet? Eine richtig entlüftete Umwälzpumpe läuft nahezu geräuschlos.
Auch die Durchflussmenge
sollte noch einmal kon­trolliert
und gegebenenfalls nachjustiert werden.
Zu guter Letzt
Analog zum Inbetriebnahmeprotokoll sollten auch bei
der Wartung einer Solaranlage die durchgeführten Arbeiten notiert und die überprüften Anlagendaten in einem
Wartungsprotokoll festgehalten werden. Darüber hinaus
kann eine gut sichtbar angebrachte Prüfplakette den Anlagenbetreiber an den nächsten Wartungstermin erinnern.
∂
B i l d e r : Viessmann Werke
GmbH, Allendorf
@ Internetinformationen:
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