Enormes Potenzial solarthermischer Großanlagen (un)genutzt!

(12.6.2007; Intersolar-Vorbericht) Paradigma hat ihr AquaSystem für Kollektorflächen über 30 m² erweitert. Damit bietet sich das System für z.B. Mehrfamilienhäuser, Hotels, Krankenhäuser und Gewerbe- sowie Industriebetriebe an. (Zur Erinnerung: Bei Paradigmas AquaSystem wird anstelle eines Wasser-Frostschutzmittel-Gemisches ausschließlich Wasser als Wärmeträger verwendet - siehe auch "Paradigma erhält Bundespreis 2006 für AquaSystem".)

Für die Planung solarthermischer Großanlagen (SGA) mit Wasser als ausschließlichem Wärmeträger hatte Paradigma Ende 2006 eine Projektgruppe für Pilotprojekte zu Sonderkonditionen gebildet. Diese ist auch zuständig für Wirtschaftsunternehmen, die ihren Prozesswärmebedarf solar unterstützen wollen. Seit Aufnahme ihrer Tätigkeit bearbeitete die Projektgruppe eigenen Angaben zufolge 35 frostschutzmittelfreie Großanlagen mit insgesamt rund 21.500 m² Kollektorfläche. Davon sollen inzwischen vier Anlagen mit 212, 196, 63 bzw. 47 m² Kollektorfläche in Betrieb und 15 im Bau sein. Etwa zehn weitere SGA sollen von Glykolgemisch auf Wasser umgestellt werden.

Enormes Potenzial bislang kaum genutzt

Lange beschränkte sich die Solarthermie fast ausschließlich auf kleinere, privat initiierte und finanzierte Anlagen mit bis zu 10 kW thermischer Maximalleistung bzw. bis höchstens 20 m² Kollektorfläche. SGAs wurden kaum realisiert, obwohl sie rentabler sind als kleine Anlagen: Sie führen zu ...

• geringeren spezifischen Wärmeverlusten pro m² Kollektorfläche,
• günstigeren statistischen Verbrauchsprofilen,
• niedrigeren spezifischen Kosten und zu
• reduzierter Stellfläche für Haustechnik pro Kilowatt Solarwärme.

Als Ursache für das geringe Interesse der Industrie an Solarwärme zählen insbesondere die Abschreibungszeiträume, die in der Wirtschaft mit max. vier Jahren etwa bei der Hälfte der Amortisationszeiten anspruchsvoller Solaranlagen liegen. Dabei wird ignoriert, dass gute Solaranlagen nach einer längeren Amortisationszeit noch lange Zeit Energie praktisch kostenlos liefern. Weitere Hindernisse sind darüber hinaus ...

• fehlende Lösungsstandards für die Nutzung von Solarwärme in der Industrie,
• schlechte architektonische Randbedingungen im Altbau,
• eine falsche Prioritätensetzung von Bauherren oder Architekten beim Neubau,
• Unsicherheiten bzw. Unkenntnis bei Planern und beim Handwerk sowie
• strukturelle Probleme bei der Planung und Organisation von Großbaustellen.

Problem Frostschutzmittel als Wärmeträger

Mit den in Europa üblichen Flachkollektoren (Marktanteil ca. 90%) kann Prozesswärme nicht in vernünftiger Weise erbracht werden. Außerdem musste bisher für Solaranlagen ein Wasser-Glykol-Gemisch als Wärmeträger verwendet werden. Das ist teuer, thermisch instabil und damit nicht beliebig haltbar. Außerdem verkompliziert es das Befüllen, Entlüften und Entleeren einer Anlage und das Gemisch muss wie Sondermüll(!) entsorgt werden.

Ferner sieden herkömmliche Frostschutzmittel wie Wasser. Da hierbei das Wasser vom Glykol getrennt wird, sollte dieser Zustand unbedingt vermieden werden. Das Sieden ist jedoch unvermeidbar, sobald der Solaranlage die Wärme nicht abgenommen wird - Stichwort: Stagnation. Dann steigen die Temperaturen bei modernen Flachkollektoren bis über 200°C und bei Röhrenkollektoren bis über 300°C an. Das in den Kollektoren verbleibende Frostschutzmittel wird dabei langsam zerstört und kann die Anlage bis hin zum vollständigen Ausfall schädigen. Ein Problem, vor dem sowohl potenzielle Investoren als auch Hersteller regelmäßig zurückschrecken.

zur Erinnerung: Stationen der Paradigma-Entwicklung

Paradigma begann 1994, Standardsysteme auf Wasser-Basis für solare Großanlagen einzusetzen. Bis heute wurden auf diese Weise weit über 1.500 SGA gebaut. Seit 1997 forcierte Paradigma die Durchsetzung des CPC-Röhrenkollektors. Das hatte zur Folge, dass die Kollektorflächen bei gleichen Jahreserträgen um nahezu ein Drittel kleiner werden konnten und nun zu jeder Jahreszeit Temperaturen bis 100°C ohne wesentliche Senkung des Wirkungsgrades erreichbar wurden. 2006 wurde deshalb die Flachkollektor-Ära bei Paradigma beendet. Zwei Jahre zuvor, im Jahr 2004, wurde das AquaSystem eingeführt, bei dem reines Wasser als Wärmeträger dient. Seitdem wurden über 90% aller Neuanlagen von Paradigma, also etwa 20.000, nur mit Wasser gefüllt. In drei Wintern traten eigenen Angaben zufolge in weniger als 0,5% der Anlagen Störungen auf, deren Ursachen zumeist in vermeidbaren hydraulischen oder betriebstechnischen Fehlern lagen.

Eine Aqua-Anlage arbeitet wie ein Zusatzkessel mit beliebig wählbarer Temperatur und gewährleistet den Frostschutz überwiegend mit sonst nutzloser Niedertemperaturwärme. Solarwärmetauscher und Frostschutzmittel sind also überflüssig, wodurch die Kosten in jedem Fall sinken. Es sollte auch kein Überhitzungsproblem mehr geben, so dass eine Prozesswärmegewinnung bis 170°C möglich wird. Die Probleme der Frostschutzchemikalien wie Korrosion, Instabilität des ph-Wertes, Ausgasung, thermische Zersetzung, Sedimentation, schlechte Wärmeübertragung, zähes Fließverhalten und Alterung entfallen komplett.

Da praktisch jede Temperatur ohne dramatische Wirkungsgradeinbuße erreichbar ist, kann mit dem "Eimerprinzip" eine hervorragende Schichtung im Speicher erreicht werden. Mit dem Intervallbetrieb soll so übers Jahr ca. 50% der Pumpenlaufzeit eingespart werden können. Durch das Eimerprinzip seien auch beliebig große Solarpumpen einfach beherrschbar. Kürzere Pumpenlaufzeiten, weniger Umwälzarbeit (da Wasser leichter fließt) sowie die niedrigen Wärmeverluste von CPC-Röhrenkollektoren sparen zusammen mehr Energie ein, als insgesamt für den aktiven Frostschutz gebraucht werde. Die umfangreiche Funktionskontrolle des Reglers soll schließlich einen optimalen Betrieb sichern, sofort Fehler entdecken und melden und bei auftretenden Störungen - wie z.B. dem Ausfall von Temperaturfühlern - bestimmte Notlaufeigenschaften gewährleisten.