Bei einer Solaranlage mit Zwangsumlauf handelt es sich um eine solarthermische Anlage, bei der Wasser im Kreislauf zirkuliert und von einer Pumpe angetrieben wird.
Im Gegensatz zu Solaranlagen mit Thermosiphon leitet dieses System das heiße Wasser nicht zum höchsten Punkt des geschlossenen Kreislaufs, sondern lässt es von den Solarkollektoren nach unten zum Speichertank fließen.
In vielen Fällen ist es nicht möglich, solarthermische Anlagen zur Warmwasserbereitung mittels Thermosiphon zu installieren, da sich die Solarkollektoren häufig oberhalb des Speichers befinden.
Dieses erneuerbare Energiesystem wird in Fußbodenheizungssystemen benötigt.
In diesen Solarthermieanlagen kann das Wasser, das zwischen den Sonnenkollektoren und dem Akkumulator zirkuliert, nicht durch natürliche Konvektion zirkulieren, da das heißeste Wasser bereits am höchsten Punkt ist. Dazu benötigen Sie eine herkömmliche Wasserpumpe und damit eine externe Stromquelle.
Zwangssysteme sind immer indirekt, mit Ausnahme von Poolklimatisierungsanwendungen, bei denen das Wasserfilter-Antriebssystem des Pools selbst verwendet werden kann.
Durch die Nutzung einer externen Energiequelle kann diese Form der Solarenergiegewinnung nicht mehr als passives Solarenergiesystem betrachtet werden.
Vorteile des Zwangsumlaufsystems
Die Vorteile von Zwangsumlaufsolaranlagen sind:
- Die Struktur des Hauses bestimmt nicht seinen Standort. Der Warmwasserspeicher kann sich innerhalb des Gebäudes befinden und außerhalb müssen lediglich die Solarpaneele installiert werden.
- Besserer Batterieschutz: Die Möglichkeit, die Batterie im Haus zu platzieren, ermöglicht den Einbau einer größeren Batterie, die besser isoliert ist. Da es nicht der Witterung ausgesetzt ist, verbessert sich seine Haltbarkeit.
- Besserer thermischer Wirkungsgrad: Der thermische Wirkungsgrad für die Wassererwärmung ist höher als bei der Solarthermieanlage mit Thermosiphon, denn durch die Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Wassers, das durch den Solarkollektor zirkuliert, zu regulieren, kann dieser optimiert werden, um entsprechend die höchste thermische Leistung zu erzielen mit den Gesetzen der Thermodynamik.
Nachteile des Zwangsumlaufsystems
Andererseits bringen Zwangsumlaufsysteme bestimmte Nachteile mit sich:
- Das System erfordert die Installation einer Wasserpumpe, um die Wasserzirkulation zu ermöglichen. Das Vorhandensein der Pumpe bedeutet einen Anstieg der Wartungskosten, da es mehr Elemente gibt, bei denen die Möglichkeit eines Ausfalls besteht.
- Um elektrische Energie nutzen zu können, ist ein Stromanschluss erforderlich.
- Die Gesamtenergieeffizienz ist geringer als beim Thermosiphonsystem. Obwohl der thermische Wirkungsgrad höher ist, muss noch der Stromverbrauch für den Betrieb der Wasserpumpe hinzugerechnet werden.
Grundelemente einer Solaranlage mit Zwangsumlauf
Solarthermische Anlagen mit Zwangsumlauf verfügen über folgende Elemente:
Sonnenkollektoren
Solarkollektoren sind für die Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärmeenergie verantwortlich. Da in diesen Baugruppen die Zirkulation der Flüssigkeit durch den Kollektor erzwungen wird, stellen die Druckverluste (Widerstand gegen den Wasserdurchgang) hinsichtlich ihres Wertes keine wichtige Einschränkung dar, da sie bei der Auswahl der Wasserpumpe ausgeglichen werden können. Entscheidend ist die Kenntnis der Druckverluste bei der Auswahl der optimalen Umwälzpumpe.
In Zwangsumlaufanlagen können je nach Integrationskriterien vertikale und/oder horizontale Solarkollektoren austauschbar verwendet werden, obwohl vertikale Kollektoren eine bessere Leistung erbringen.
Heißstromspeicher
Der Akkumulator ist ein Tank, in dem erhitztes Wasser gespeichert wird. Diese Art der Montage ermöglicht den Einsatz mehrerer Speichervarianten, da die Umwälzpumpe das Wasser durch den integrierten Wärmetauscher leitet.
Differenzthermostat
Differenzthermostate steuern die Pumpe so, dass sie nur dann Wasser pumpt, wenn ein Energiegewinn möglich ist. Vermeidung von Energieverschwendung in der Nacht oder wenn die Sonneneinstrahlung nicht ausreicht.
Der Differenzthermostat vergleicht kontinuierlich die Temperaturen von Kollektor und Speicher und schaltet die Pumpe zu oder ab, je nachdem, welche Temperatur höher ist.
Sicherheitselemente
Um den Solarkollektor vor Überdruck zu schützen, ist es zwingend erforderlich, in jeder Gruppe oder Reihe von Solarmodulen ein Sicherheitsventil zu installieren.
Andererseits wird der Primärkreis mit einer Sicherheitsgruppe ausgestattet, die mindestens aus Folgendem besteht:
- ein Ausdehnungsgefäß
- ein Sicherheitsventil
- ein Manometer.
Ebenso werden diese Anlagen über aktive Schutzsysteme gegen niedrige Temperaturen (Frost) oder hohe Temperaturen (Überhitzung) verfügen.
Zirkulationsgruppe
Die Zirkulationsgruppe ermöglicht die Zirkulation von Flüssigkeit durch den Kreislauf, im Allgemeinen handelt es sich um eine Pumpe.
Die Zirkulationsgruppe befindet sich im Allgemeinen am Boden des Speichers (Kaltwassereinlass) in Richtung der Unterseite der Kollektoren. Darüber hinaus stehen Ihnen folgende Elemente zur Verfügung:
- Elektromechanische Umwälzpumpe für geschlossene Kreisläufe, wie sie in Heizkreisläufen eingesetzt werden.
- Rückschlagventil, um unkontrollierte Rückzirkulation zu verhindern.
- Durchflussregler, der die Regulierung des Kreislaufdurchflusses ermöglicht.
- Filter, der die Haltbarkeit der Schaltungselemente garantiert.