Moderne Funktionskontrolle im Solarregler

Montag, 19.09.2016

Moderne Regler von Solarthermieanlagen verwenden zahlreiche Sensoren. Das Unternehmen Ritter aus Karlsbad misst neben verschiedenen Temperaturen auch den Volumenstrom durch den Kollektor und den Druck in der Anlage. Mit diesen Daten und einer klugen Software weiß der Regler jederzeit, ob die Solaranlage in Ordnung ist, meldet eventuelle Störungen, Defekte oder Montagefehler und behebt manche Kleinigkeit selbstständig, ohne den Service zu bemühen. Im Folgenden wird beschrieben, welche Funktionskontrollen, Tests, Meldungen und Reparaturroutinen dabei stattfinden.

Laptop-Bildschirm mit dem Schema der Solaranlage eines Hauses. — Quelle: Paradigma
Auf Basis der Messgrößen Temperatur, Druck und Volumenstrom sowie einer klugen Software weiß der Solarregler und somit der Nutzer jederzeit, ob die Solaranlage in Ordnung ist.

Eine Solarregelung soll sicherstellen, dass jede Solaranlage die maximalen Solarerträge erzielt, die an ihrem Standort und mit der gegebenen Konfiguration (Kollektor-Wirkungsgrad, Speichergröße, tägliche Wärmeabnahme etc.) möglich sind. Voraussetzung dafür ist ein störungsfreier Betrieb der Solaranlage, damit die im Kollektorfeld entstehende Wärme von der Solarpumpe in den Speicher befördert und dort zur Verfügung gestellt wird. Dies sichert eine im Regler integrierte Funktionskontrolle. Zusätzlich berechnet sie ständig die ermittelten Solarerträge und speichert sie stromausfallsicher.

Zusammenfassend kann man sagen: Funktionskontrolle = Ertragssicherung + Wärmemengenzählung.

Die solare Leistung wird über den gemessenen Volumenstrom multipliziert mit Wärmekapazität und Dichte sowie der Differenz aus Solarvor- und -rücklauftemperatur berechnet. Gibt es keinen Rücklauffühler, wird stattdessen die Speichertemperatur eingesetzt. Gibt es keinen Vorlauffühler, wird dafür die Kollektortemperatur verwendet. Dabei unterschlägt man allerdings die Rohrleitungsverluste und überschätzt so die Solarerträge.

Ertragssicherung mittels Funktionskontrolle

1. Gelangt die Wärme vom Kollektor in den Speicher?

Wird die durch die Sonneneinstrahlung im Kollektorfeld entstehende Wärme nicht abgeholt, dann steigt dort die Temperatur an bis das Wärmeträgermedium verdampft und die Solarpumpe abgestellt werden muss, damit Dampfschläge vermieden und hitzeempfindliche Komponenten nicht beschädigt werden. Ist vorher der Speicher nicht voll beladen worden, dann meldet der Regler eine Störung, denn es ging Solarertrag verloren. Dabei ist es komfortabel, dass die Funktionskontrolle den Handwerker gleich auf die Ursache des Problems hinweist, indem sie die folgenden Störungsursachen differenziert:

Zu niedriger Anlagendruck Das Wärmeträgermedium siedet zu früh. Dies kann meist an der Temperatur des Kollektorfühlers während der Stagnation erkannt werden, wenn dieser die Siedetemperatur anzeigt. Diese lässt Rückschlüsse auf den ¬Anlagendruck zu.
Defekte Solarpumpe oder Blockade im Solarkreis Dies erkennt der Regler am Ausbleiben von Temperaturänderungen am Kollektor- und Solarrücklauffühler nach dem Einschalten der Pumpe. Verfügt der Regler über eine PWM-Pumpe, dann erkennt er über das Returnsignal auch eine Pumpenstörung. Ein Volumenstromsensor ergänzt die Diagnose, doch muss auch die Sensorfunktion selbst kontrolliert werden. Gibt es bei eingeschalteter Pumpe keinen messbaren Volumenstrom, dann kann anhand der Temperaturänderungen kurz nach dem Einschalten darauf geschlossen werden, ob der Sensor defekt ist oder wirklich kein Durchsatz herrscht.
Luft im Solarkreis Steht Luft im Rücklaufrohr über der Solarpumpe, erkennt der Regler dies daran, dass wie bei einer defekten Pumpe kein Durchsatz mehr besteht, wenn das Wärmeträgermedium sich erwärmt hat und dadurch Luft ausgegast ist. Beim Abkühlen der Anlage ist meist wieder Durchsatz möglich. Dieses Störbild eines zeitlich schwankenden Durchsatzes kann mit einem Volumenstromsensor besser erkannt werden. Bei Anlagen mit zwei parallelen Kollektorfeldern gleicher Ausrichtung mit je einem Kollektorfühler kann Luft auch daran erkannt werden, dass die zwei Fühler bei Einstrahlung und laufender Pumpe sehr unterschiedliche Temperaturen melden.
Zu wenig Durchsatz im Solarkreis Ist Durchsatz vorhanden, aber bei hoher Einstrahlung wird die Temperaturspreizung über dem Kollektor auch bei kaltem Speicher immer zu hoch, dann ist der hydraulische Widerstand im Solarkreis zu hoch. Entweder wurde die Anlage falsch gebaut (zu enge Rohre, zu schwache Pumpe, zu viele Kollektoren in Reihe usw.) oder es liegt eine Verschmutzung vor (Ablagerungen, Fremdkörper, verbrauchte Filter oder überaltertes Frostschutzmittel).