Solarwärme-Check: Die häufigsten Schwachstellen bei Solaranlagen
Die Verbraucherzentralen entwickelten 2015 im Rahmen eines Pilotprojekts den Solarwärme-Check. Ziel war zu untersuchen, ob thermische Solaranlagen, die mit höchster Effizienz Brennstoffe substituieren sollen, dieses Versprechen in der Praxis erfüllen. Seit 2016 ist der Solarwärme-Check fester Bestandteil des Beratungsportfolios der Energieberatung der Verbraucherzentrale und wird bundesweit angeboten (
www.verbraucherzentrale-energieberatung.de
).
So funktioniert der Solarwärme-Check
Beim Solarwärme-Check wird mind. 72 Stunden lang an vier Messpunkten die Temperatur mit Datenloggern aufgezeichnet. Obligatorisch ist dabei die Messung der Vor- und Rücklauftemperaturen, möglichst nahe am Kollektor. Die anderen Messpunkte legt der Berater fest. In der Regel wurden die Nachheizung, Speichertemperaturen oder Warmwassertemperaturen gemessen. Darüber hinaus wurden weitere Informationen erhoben, z. B.
- ob Dokumentationsunterlagen ggf. mit Reglereinstellungen vorliegen
- ob die Anlage regelmäßige gewartet wird (mit oder ohne Wartungsvertrag)
- um welche Art der Kollektoren es sich handelt (Flachkollektor oder Vakuumröhrenkollektor)
- weitere Kollektormerkmale wie Verschattung, Verschmutzung, Neigung, Ausrichtung usw.
- die Pumpenart (ein- oder mehrstufig, geregelt, hocheffizient)
- ob Rohre und Armaturen vollständig gedämmt sind und mit welcher Dämmstärke
- ob ein Wärmemengenzähler (WMZ) vorhanden ist
- ob die Möglichkeit zur Volumenstrom-Einregulierung besteht
- die eingestellte maximale Speichertemperatur
- ob ein Thermomischer vorhanden ist
- wie eine ggf. vorhandene Zirkulationsleitung geregelt wird
- wie die sicherheitstechnische Ausrüstung installiert wurde (z. B. Größe des MAG, Sicherheitsventil mit Ablaufleitung usw.)
- das Ergebnis der Sichtprüfung des Fluids und optional die Messung von pH-Wert und Frostschutz
- wie zufrieden der Betreiber mit der Anlage ist
- welche Probleme aufgetreten sind und welche Reparaturen ausgeführt wurden
1849 Solaranlagen durchgecheckt
In den Jahren 2016 und 2017 wurden jeweils von April bis September thermische Solaranlagen in privaten Wohngebäuden untersucht. Insgesamt 1849 Anlagen aus den letzten drei Jahrzehnten durchliefen den Check (Bild 1). Es handelt sich dabei fast ausschließlich um kleinere Anlagen mit einer Kollektorfläche meist deutlich unter 50 m². 764 der untersuchten Solaranlagen sind Systeme zur Trinkwassererwärmung, 1085 dienen zusätzlich der Heizungsunterstützung.
Ermöglicht werden die Checks durch eine Förderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie, den Auftrag erteilte der jeweilige Betreiber. Die Verbraucherzentralen gehen von einer zufälligen und hinreichend repräsentativen Auswahl aus, die Anlagen aus allen Bundesländern enthält. Eine Zufriedenheitsabfrage vor dem Check hat gezeigt, dass die naheliegende Vermutung, nur unzufriedene Betreiber ließen den Solarwärme-Check durchführen, nicht zutrifft.
Ergebnisse und Erkenntnisse der Check-Auswertungen
Alle erfassten Daten sowie ein Schema der Anlage, Messkurven und Anlagenfotos werden von den Energieberatern der Verbraucherzentrale, die die Messungen durchführen, in einer dafür programmierten Datenbank eingegeben. Die bewerteten Daten finden Eingang in einen Kurzbericht mit sechs bis acht Seiten, den der Auftraggeber erhält. Der Bericht liefert Hinweise sowohl zum Zustand der Solaranlage als auch zu Optimierungsmöglichkeiten.
Die Energieberater stehen den Anlagenbetreibern außerdem mit weiteren Beratungsprodukten zur Verfügung, wenn eine Anlagenoptimierung durch das Fachunternehmen für die Solaranlageninstallation erfolgen soll.
Auswertung der Temperaturmessungen
In Bild 2 sind die Temperaturverläufe einer Solaranlage abgebildet, in Bild 3 deren Nachheizung durch den Kessel. Zu sehen ist in diesem Fall eine sehr schlecht laufende thermische Solaranlage, die nicht in der Lage ist, hohe Temperaturen an den Speicher zu übergeben. Fossiler Brennstoff wird so nicht eingespart und der Anlagenzweck völlig verfehlt.
Hier können durch die Wiederherstellung der Druckhaltung zukünftig wieder solare Erträge generiert und mögliche Folgeschäden wie die Zerstörung des Fluids und die Beschädigung von Anlagenbauteilen vermieden werden.
Wärmemengenzähler
Mit einem Wärmemengenzähler (WMZ) ist es möglich, die gewonnene Energie in Kilowattstunden zu messen. Bedauerlicherweise fehlt diese Möglichkeit zur Funktionskontrolle bei etwa zwei Dritteln (65%) der untersuchten Anlagen. Eine Einbaupflicht von WMZ bei geförderten thermischen Solaranlagen, analog zur Förderung von Wärmepumpen, erscheint dringend geboten.
Regelungseinstellungen
Optimierungspotenzial gibt es oft auch bei den Regelungseinstellungen. Vorgefunden wurden:
- teilweise oder vollständig inkompatible Regelungen der Solaranlage und des Heizkessels,
- durchgängig eingeschaltete Nachheizung des Heizkessels im Sommer; damit fehlt ein kostenloser und aufschlussreicher Funktionstest der Solaranlage
- nicht eingestellte und unplausible Ein- und Ausschalttemperaturen
- deutlich zu niedrige max. Speichertemperaturen (empfehlenswert sind 90 °C)
- zu niedrige Einschalttemperaturen für die Nachheizung durch den Heizkessel
- vollständige Speichererwärmung durch den Heizkessel in den Stunden vor Sonnenaufgang, sodass die Kollektorwärme später nicht abgenommen werden kann
Grundsätzlich sollten Regelungen für den Verbraucher und den Handwerker leichter bedienbar werden. Eine schematische Darstellung des Kollektors, Speichers und aller Fühler auf der obersten Bedienebene ist sinnvoll. Sie sollte mit optischen und akustischen Fehlermeldungen auf Basis von Plausibilitätstests kombiniert werden, damit Fehlfunktionen schnellstmöglich zu erkennen sind.
Defekte Anlagen
7% der untersuchten thermischen Solaranlagen funktionierten überhaupt nicht. Das bedeutet, dass sie trotz ausreichender Einstrahlung keine Solarkreis-Vorlauftemperaturen von über 40°C erreichten oder komplett außer Betrieb waren.
Über das Ausbleiben der versprochenen Energie hinaus verursachten sie gegenüber Heizungsanlagen ohne Solarthermie zusätzliche Anlagenverluste, z. B. durch den größer ausgewählten Speicher und zusätzliche Leitungslängen, die in diesen Fällen komplett vom Heizungskessel ausgeglichen werden mussten.
Wartungsvertrag
Ein Grund für die relativ vielen nicht funktionierenden Solaranlagen könnte der bei rund zwei Dritteln der untersuchten Anlagen fehlende Wartungsvertrag sein (Bild 4). So bleiben Störungen oder der Totalausfall der Anlage noch eher unbemerkt.
Bei den hydraulisch komplexeren Anlagen zur Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung zeigt sich mit fast 36 % eine höhere Bereitschaft, einen Wartungsvertrag abzuschließen, gegenüber nur 28 % bei den Anlagen zur Warmwasserbereitung.
Oft würden einfache Funktionsüberprüfungen zur schnellen Störungserkennung beitragen. Zu klären ist beispielsweise:
- Wie hoch ist der Anlagendruck?
- Sind Undichtheiten zu erkennen?
- Wie sieht das Fluid aus? Es muss hell, durchsichtig und ohne Luftbläschen sein (Bild 5)
- Welchen pH-Wert und Frostschutz ergibt die Fluidprobe?
- Falls ein WMZ vorhanden ist: Sind die gemessenen Erträge plausibel?
- Bleibt das Wasser warm, während die Nachheizung im Sommer abgeschaltet ist?
- Treten nachts am Temperaturfühler des Kollektors hohe Temperaturen auf? Das deutet auf Fehlzirkulationen hin.
Entweder kann der interessierte Betreiber einige dieser Fragen (z. B. zu Anlagendruck und Fluid) selbst beantworten oder er beauftragt ein Fachunternehmen mit der Überprüfung.
Pumpen
Bisher sind nur bei jeder elften Anlage Hocheffizienzpumpen im Betrieb. Für Anlagen, die ab 2015 installiert wurden, sind sie Pflicht. Obwohl mehrstufige Umwälzpumpen in der Auswertung seit 2008 an Bedeutung verlieren, stellen sie mit über 74 % den größten Anteil (Bild 6).
Weitere Problem- und Schwachstellen
Bei vielen Solarthermieanlagen lassen weitere Aspekte zu wünschen übrig:
- Einstellwerte sind nicht ordentlich angepasst und Temperaturspreizungen zwischen Vor- und Rücklauf zu gering.
- Schwerkraftbremsen funktionieren oft nicht oder wurden schlicht vergessen, sodass die entstehenden Fehlzirkulationen den Solarertrag zu großen Teilen nachts in den Leitungen und im Kollektor wegkühlen.
- Die Mehrzahl der Anlagen genügt nicht den gesetzlichen Anforderungen an die Dämmung von Leitungen und Armaturen gemäß EnEV. Dies ist in Anbetracht der hohen Temperaturen im Solarsystem besonders misslich (Bild 7).
Auch der Speicher und seine Anschlüsse werden oft nicht gut genug gedämmt, sodass der Wärmeverlust über die Speicheroberfläche zu jeder Jahreszeit unnötig hoch ist. Deshalb sollte dieser Bereich einen sehr hohen Dämmstandard aufweisen.
Das müssen Handwerk und Hersteller beachten
Den Besitzern thermischer Solaranlagen ist dringend zu raten, die Anlage als Gesamtsystem optimieren zu lassen und das regelungstechnische Zusammenspiel mit der Heizung zu überprüfen. Wichtig ist, dass die Regelung der Solaranlage Vorrang bei der Beladung des Speichers gewährt und ein unnötiges Aufheizen vor Sonnenaufgang vermeidet.
Bei Neuanlagen sollte unbedingt während der Gewährleistungsfrist die Effizienz überprüft werden. Dabei kann der Solarwärme-Check der Energieberatung der Verbraucherzentrale unterstützen.
Die Geräteindustrie könnte diese Optimierungsanstrengungen unterstützen, indem Regelungen für den Verbraucher und den Handwerker leichter bedienbar werden und Anreize geschaffen werden, das System mit optimierten individuellen Einstellungen zu betreiben, um die vorhandenen Energiesparpotenziale tatsächlich zu nutzen.
Besonders problematisch ist es, wenn die Regelungen der Solaranlage und des Heizkessels teilweise oder komplett inkompatibel sind.
Eine herausragende Rolle bei der Anlagenoptimierung spielt das Handwerk. Mehr Aus- und Weiterbildung zur Solarthermie scheint notwendig zu sein, auch damit eine größere Sensibilisierung gegenüber dieser Technik entsteht, die im Gegensatz zu klassischen Heizungsanlagen hydraulisch und reglungstechnisch komplexer ist. Um die Fehlerhäufigkeit zu senken, wären hydraulisch nicht zu komplizierte Systeme wünschenswert.
Standardmäßig sollte die Installationsfirma ein Angebot zur jährlichen Wartung abgeben, die am effizientesten zusammen mit der Heizungswartung erledigt werden kann. Eine Einweisung des Anlagenbetreibers in die installierte thermische Solaranlage sollte in jedem Fall erfolgen.
Das Fachunternehmen muss das regelungstechnische Zusammenspiel mit der Heizungsanlage erklären und vollständige Dokumentationsunterlagen übergeben. Der Anlagenbetreiber muss durch die Einweisung in die Lage versetzt werden, Grundfunktionen der solarthermischen Anlage überwachen zu können, insbesondere den Anlagendruck und den Zustand des Fluids.
Im Idealfall verbleiben dann eine perfekt eingestellte Solaranlage, ein glücklicher Anlagenbetreiber und ein zufriedener Handwerker, der weiterempfohlen wird.
Dieser Artikel von Stefan Materne ist zuerst erschienen in SBZ 10-2018. Stefan Materne ist gelernter Heizungsbauer, Dipl.-Ing. (FH) für Versorgungstechnik und ausgebildeter Bafa-Energieberater. Er ist als Referent Versorgungstechnik für den Verbraucherzentrale Bundesverband tätig.
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