Wie wählt man einen Solarspeicher aus? Berechnung von Rohrwendel und Speichervolumen

Ein Solarspeicher ist ein Speicherbehälter mit Rohrwendel, der Wärme aus dem Kollektorkreis mit niedriger Temperatur aufnimmt; anders als der 10–12 Liter fassende Wärmeübertrager in einer Standard-Kombitherme bevorratet er mit einer Speicherkapazität von 100–1000 Litern die zeitweise anfallende Energie der Sonne für die spätere Nutzung. Kombi-Warmwasserspeicher erwärmen momentan über elektrischen Heizstab oder Kesseltemperatur; Solarspeicher dagegen sammeln stundenlang an und geben die Wärme später ab. Dieser Unterschied macht es erforderlich, Speichervolumen und Rohrwendelfläche ingenieurtechnisch festzulegen.

Der technische Unterschied zwischen einer Standard-Warmwasseranlage und einer Solaranlage ist folgender: Während der Solarkollektor eine zwischen 50 und 80 °C schwankende Austrittstemperatur erzeugt, liefert die Kombitherme konstant 70–80 °C. Diese Schwankung erfordert eine größere Rohrwendelfläche im Speicher; die Rohrwendel des Speichers gleicht dies aus, damit auch bei niedriger Kollektortemperatur eine ausreichende Wärmeübertragung gewährleistet ist. Fällt die Rohrwendelfläche zu klein aus, kann sich der Speicher an bewölkten Tagen nicht erwärmen, und an sonnigen Tagen baut der Kollektor Gegendruck auf. (Details: Wie erzeugt man Warmwasser mit Solarenergie? Ratgeber zur Solarthermieanlage)

Bei der Auswahl von Solarspeichern gibt es zwei zentrale Entscheidungen. Erste Entscheidung: Speicher mit einer oder mit zwei Rohrwendeln? Soll der Speicher mit einer Solaranlage betrieben werden, ist ein Speicher mit zwei Rohrwendeln der Standard; beim Modell mit einer Rohrwendel können Solarwärme und Zusatzwärme denselben Kreis nicht gemeinsam nutzen. Zweite Entscheidung: Emaillebeschichtung oder Edelstahl? Diese Entscheidung richtet sich nach der Wasserhärte der Region und dem Betriebstemperaturprofil. Erst wenn diese beiden Entscheidungen richtig getroffen sind, werden Speichervolumen und Rohrwendelfläche berechnet.

Das Volumen von Solarspeichern wird nach dem Prinzip berechnet, dass der Warmwasserverbrauch eines Tages bevorratet wird; die Grundformel lautet: V_Speicher gleich N mal q_Person mal f_Solar. Dabei ist N die Personenzahl, q_Person der tägliche Warmwasserverbrauch pro Person (Liter/Person·Tag) und f_Solar der Grad der Solarabhängigkeit der Anlage. f_Solar wird in der Regel zwischen 1,0 und 1,2 gewählt; 1,1 bedeutet eine Reserve von einem bis anderthalb Tagen.

Der Warmwasserverbrauch pro Person hängt von der Nutzungsart ab. Für Wohngebäude empfehlen die Richtwerte der TS EN 806-3 einen Bereich von 50–80 Litern/Person·Tag; in Hotels werden 80–120 Liter pro Person angesetzt, in Sportanlagen 30–50 Liter und in Kindertagesstätten 20–30 Liter. Bei Solaranlagen wird das einschränkende Szenario zugrunde gelegt, das heißt, die Anlage muss während der drei kältesten und sonnenärmsten Winterwochen mehrere aufeinanderfolgende bewölkte Tage überbrücken können.

Beispielrechnung – So wird beantwortet, wie viele Liter ein Solarspeicher für ein Wohngebäude mit vier Personen in Istanbul haben muss. Schritt 1: N gleich 4 Personen. Schritt 2: q_Person gleich 60 Liter/Person·Tag (Durchschnitt für Wohngebäude). Schritt 3: f_Solar gleich 1,1 (zehn Prozent Sicherheitszuschlag). Schritt 4: V_Speicher gleich 4 mal 60 mal 1,1 gleich 264 Liter. Ergebnis: Für 264 Liter ist das nächstliegende Standardspeichervolumen 300 Liter. Die am Markt üblichen Standardkapazitäten sind 160, 200, 300, 500, 800 und 1000 Liter; Sondervolumen jenseits dieser Standards erfordern eine Sonderbestellung.

Ein Fehler, den wir bei Einsätzen vor Ort in Kadıköy häufig antreffen, besteht darin, dass der Verbrauch pro Person in Wohnungen mit im Winter vollständig geschlossenen Fenstern 80 Liter/Tag übersteigt; Fußbodenheizung und Wasserabläufe von Waschmaschinen treiben diesen Wert nach oben. In solchen Fällen wird der Faktor 1,2 verwendet. Für ein ähnliches Haus mit fünf Personen ergibt sich V_Speicher gleich 5 mal 70 mal 1,2 gleich 420 Liter; es wird ein 500-Liter-Speicher gewählt. (Details: Wie viele Liter Warmwasserspeicher sollte ich kaufen? Berechnung für 2, 4, 6, 10 und 20 Personen)

Nachdem das Speichervolumen feststeht, geht die zweite Berechnung zur Kollektorfläche über. Der Standardbereich liegt bei Wohngebäuden bei 1,0–1,5 m² Flachkollektor pro Person oder 0,8–1,2 m² Vakuumröhrenkollektor. Für ein Wohngebäude mit vier Personen sind 4–6 m² Flachkollektorfläche ein typischer Wert. Dieser Wert ist zugleich die Eingangsgröße für die Berechnung der Rohrwendelfläche. Kollektorfläche und Speichervolumen sollten gleichzeitig festgelegt werden; wird eines davon endgültig festgelegt, während das andere noch offen ist, muss die Planung im nächsten Schritt wieder geändert werden.

Die Rohrwendelfläche (m²) ist die gesamte Außenfläche der Wärmeübertragungsrohre im Speicher; sie ist die einzige Schnittstelle, über die das heiße Fluid aus dem Kollektor seine Wärme an das Speicherwasser abgibt. Ist die Fläche zu klein, sinkt die Übertragungsleistung, die Temperatur des Kollektorkreises steigt unnötig an und der Anlagenwirkungsgrad geht zurück. Der Zusammenhang zwischen ausreichender Rohrwendelfläche und Kollektorfläche wird in den Herstellergleichungen über die Beziehung Q gleich U mal A_s mal ΔT_lm bestimmt; in der Praxis liefert jedoch eine empirische Regel auf Grundlage des Verhältnisses von Kollektorfläche zu Rohrwendelfläche schneller ein Ergebnis.

Die empirische Regel lautet: A_Rohrwendel (m²) gleich k mal A_Kollektor (m²). Für Flachkollektoren liegt der Beiwert k bei 0,7–0,8, für Vakuumröhrenkollektoren bei 0,8–1,0. Da Vakuumröhren im Vergleich zur Flachplatte höhere Temperaturen und einen geringeren Volumenstrom erzeugen, ist bei gleicher Kollektorfläche eine größere Rohrwendelfläche erforderlich. Dieses Verhältnis lässt sich als einprägsame Regel so formulieren: Die Rohrwendelfläche ist nicht kleiner als die Kollektorfläche.

Beispiel zur Berechnung der Rohrwendelfläche – Wie berechnet man die Rohrwendelfläche des Speichers für eine Anlage mit 8 m² Flachkollektor? Schritt 1: A_Kollektor gleich 8 m². Schritt 2: Kollektortyp Flachkollektor, k gleich 0,75 (mittleres Klimaband). Schritt 3: A_Rohrwendel gleich 0,75 mal 8 gleich 6,0 m². Ergebnis: Die Rohrwendelfläche des Speichers muss mindestens 6,0 m² betragen. In den Herstellerkatalogen wird dieser Wert für Speicher ab 300 Litern in der Regel mit 5–7 m² angegeben; bei der Auswahl wird geprüft, ob der Katalogwert das Berechnungsergebnis erfüllt.

Rohrwendelfläche und Kollektorfläche hängen voneinander ab; wird der Kollektor vergrößert, muss auch die Rohrwendel vergrößert werden. Deshalb ist bei der Auswahl von Solarspeichern der erste Schritt die Kollektorplanung und der zweite Schritt die Speicherauswahl. Wird der Speicher gewählt, solange die Kollektorfläche noch offen ist, bleibt entweder eine zu kleine Rohrwendel oder es wird ein unnötig großer Speicher beschafft. (Details: Was ist ein Warmwasserspeicher? Unterschiede zwischen Speichern mit einer Rohrwendel, mit zwei Rohrwendeln und Elektro-Warmwasserspeichern)

Ein Warmwasserspeicher mit zwei Rohrwendeln ist ein Speicherbehälter, der im Inneren zwei getrennte Wärmeübertragungs-Rohrwendeln enthält, eine oben und eine unten; die untere Rohrwendel wird an den Solarkollektor angeschlossen, die obere an den Zusatzwärmeerzeuger (Kessel, Wärmepumpe oder elektrischer Heizstab). Diese Anordnung ermöglicht es, dass zwei Energiequellen denselben Speicher nutzen, ohne sich zu vermischen.

Position und Funktion der unteren Rohrwendel sind wie folgt: Sie wird nahe am Speicherboden angeordnet, hier tritt das Fluid des Solarkreises mit niedriger Temperatur ein. Ist der Speicher kalt (in den frühen Morgenstunden), beginnt selbst Wasser mit 40–55 °C aus dem Kollektor, den unteren Speicherbereich zu erwärmen; diese Temperatur ist zwar für ein Bad zu niedrig, für Waschmaschine und Geschirrspüler aber ausreichend. Dank der thermischen Schichtung erwärmt sich der untere Bereich mit dem Kollektor, während der obere Bereich wärmer bleibt. Die Kollektorpumpe läuft, wenn die Kollektortemperatur die Wassertemperatur im unteren Speicherbereich um mindestens 5–8 °C übersteigt; diese Differenzregelung verhindert den Rückfluss der Energie.

Position und Funktion der oberen Rohrwendel sind wie folgt: Sie wird im mittleren bis oberen Bereich des Speichers angeordnet, hier tritt das Fluid aus dem Zusatzwärmeerzeuger (mit einer Temperatur von 50–70 °C) ein. Reicht die Sonne nicht aus, schaltet der Thermostat den Zusatzwärmeerzeuger ein; die obere Rohrwendel erwärmt nur die obere Speicherhälfte auf 45–55 °C. So bewahrt das kalte Wasser im unteren Bereich die Kapazität für die Sonne, während der obere Bereich gebrauchsfertig auf Nutzungstemperatur gehalten wird. Dieser Ansatz senkt sowohl den Energieverbrauch als auch den Bereitschaftswärmeverlust; liegt das Volumen des oberen Bereichs zwischen 100 und 200 Litern, sinken Dauer und Verbrauch der Zusatzheizung deutlich.

Gibt es keine Solaranlage oder ist der Kollektor deutlich größer, wird auch ein Speicher mit einer Rohrwendel eingesetzt. Beim Modell mit einer Rohrwendel kann nur eine Energiequelle angeschlossen werden; soll eine Solaranlage dennoch mit einem Speicher mit einer Rohrwendel betrieben werden, kommen ein separater Vorwärmbehälter oder ein Plattenwärmeübertrager zum Einsatz, was die Komplexität der Installation und die Kostenpositionen erhöht. Bei der Planung von Solaranlagen ist der Speicher mit zwei Rohrwendeln die Standardwahl. (Details: Emaillierter oder Edelstahl-Warmwasserspeicher? Welcher hält länger?)

Die Marke Kodsan im Sortiment von Pomeka bietet sowohl die Baureihe KBS mit einer Rohrwendel als auch die Baureihe KBD mit zwei Rohrwendeln mit emaillierten Behältern an; bei Solaranlagen ist die Standardwahl die Baureihe Kodsan KBD mit zwei Rohrwendeln. Der Kodsan KBD 300 Warmwasserspeicher mit zwei Rohrwendeln, 300 Liter, emailliert, eignet sich für Wohngebäude mit vier bis sechs Personen. Der Kodsan KBD 500 Warmwasserspeicher mit zwei Rohrwendeln, 500 Liter, emailliert, wird für Wohngebäude mit acht bis zehn Personen und kleine Gewerbegebäude bevorzugt. Der Kodsan KBD 1000 Warmwasserspeicher mit zwei Rohrwendeln, 1000 Liter, emailliert, industrielle Warmwasserspeicher, eignet sich dagegen für große Wohnanlagen und kleine Hotels. (Details: Warmwasserspeicher-Modelle von POMEKA)

In der Baureihe Kodsan KBS mit einer Rohrwendel gibt es den Kodsan KBS 300 Warmwasserspeicher mit einer Rohrwendel, 300 Liter, emailliert, Warmwasserspeicher sowie den Kodsan KBS 500 Warmwasserspeicher mit einer Rohrwendel, 500 Liter, emailliert, Warmwasserspeicher; diese Modelle sind nicht für Solaranlagen, sondern für Anlagen mit nur einer Wärmequelle gedacht, die von einem zentralen Kessel oder einer Wärmepumpe versorgt werden. Ist die Einbindung einer Solaranlage geplant, wird der Wechsel zur Baureihe KBD empfohlen. (Details: Tank-Warmwasserspeicher)

Auch die Marke Tanpera ist über Pomeka erhältlich; in der Baureihe Tanpera TDB mit zwei Rohrwendeln gibt es Kapazitäten von 200, 350, 500, 800 und 1000 Litern. Auch die Tanpera-TDB-Modelle sind emailliert und für die Installation von Solaranlagen geeignet. Bei Großprojekten wird empfohlen, die technischen Kataloge der Baureihen von Kodsan und Tanpera zu vergleichen; beide Marken gehören zu den Marken im Sortiment von Pomeka Mekanik.

Der Vergleich von Speichern mit einer und mit zwei Rohrwendeln ist die erste Entscheidung des Solarplaners; die beiden Typen eignen sich für unterschiedliche Energieflussszenarien.

• Anzahl der Rohrwendeln – Eine Rohrwendel: 1 Stück; zwei Rohrwendeln: 2 Stück (unten Solar, oben Zusatz)
• Eignung für Solaranlagen – Eine Rohrwendel: externer Vorspeicher oder Wärmeübertrager erforderlich; zwei Rohrwendeln: direkter Anschluss, Standardwahl
• Flexibilität bei der Energiequelle – Eine Rohrwendel: eine Quelle (Kessel oder Wärmepumpe); zwei Rohrwendeln: zwei getrennte Quellen gleichzeitig
• Thermische Schichtung – Eine Rohrwendel: eine Zone; zwei Rohrwendeln: unterer Solarbereich und oberer Zusatzbereich, bessere Schichtung
• Leistung an Tagen ohne Sonne – Eine Rohrwendel: Zusatzwärmeerzeuger erwärmt den gesamten Speicher; zwei Rohrwendeln: Zusatzwärmeerzeuger erwärmt nur den oberen Bereich, spart Energie
• Komplexität der Installation – Eine Rohrwendel: einfacherer Rohranschluss; zwei Rohrwendeln: Anschluss zweier getrennter Kreise erforderlich
• Volumenauswahl – Für beide Typen Standard: 160, 200, 300, 500, 800, 1000 Liter
• Typische Anwendung – Eine Rohrwendel: Systeme mit zentralem Kessel und Wärmepumpe; zwei Rohrwendeln: Hybridsysteme aus Solar und Zusatzwärmequelle

Das klare Urteil: In einer solarthermischen Warmwasseranlage bietet der Speicher mit zwei Rohrwendeln gegenüber dem Speicher mit einer Rohrwendel auf der Energieseite einen deutlichen Vorteil. Weil der Zusatzwärmeerzeuger nur den oberen Bereich erwärmt, bleibt das kalte Wasser im unteren Bereich in sonnigen Stunden für die Vorwärmung frei; die Auswirkung dieses Ansatzes auf den jährlichen Kollektorertrag wird mit 10–15 Prozent gemessen.

Speichervolumen und Kollektorfläche sind durch eine feste Regel verbunden: Pro 1 m² Flachkollektor werden 50–80 Liter Speicherkapazität empfohlen; die Untergrenze dieses Bereichs gilt für Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung (Mittelmeerküste), die Obergrenze für Regionen mit geringer Sonneneinstrahlung (Winter in Zentralanatolien). In einem mittleren Klimaband wie Istanbul wird ein Wert von 60–70 Litern/m² angesetzt.

Beispiel zur Verhältnisprüfung: Kombination aus 4 m² Kollektor und 300-Liter-Speicher. Schritt 1: spezifisches Speichervolumen gleich 300 geteilt durch 4 gleich 75 Liter/m². Schritt 2: Das Zielband für Istanbul liegt bei 60–70 Litern/m². Schritt 3: 75 Liter/m² liegen etwas über dem Band, der Speicher ist also im Verhältnis zum Kollektor leicht überdimensioniert. Das ist völlig akzeptabel; es bedeutet etwas mehr Reserve an Tagen ohne Sonne. Das Problem beginnt, wenn das Verhältnis 100 Liter/m² übersteigt; dann kann der Kollektor den Speicher nicht erwärmen, die Anlage greift an den meisten Tagen auf den Zusatzwärmeerzeuger zurück, und der Solarbeitrag bleibt weit unter den Erwartungen.

Die im Jahr 2026 veränderten Energiekostenverhältnisse haben Auslegungen attraktiver gemacht, die den Kollektor vergrößern und das Speichervolumen beibehalten; das Speichervolumen weit über die Kollektorkapazität hinaus zu erhöhen, erfüllt die Erwartungen jedoch nicht. Zur Berechnung des Ausdehnungsgefäßes und zu den Bedingungen für den Anlagendruck lesen Sie dazu unseren eigenen Ratgeber. (Details: Berechnung des Ausdehnungsgefäßes)

Die Wahl der Innenbeschichtung bei Solarspeichern richtet sich nach der Wasserhärte der Region und der Betriebstemperatur des Speichers; die Emaillebeschichtung ist die empfohlene wirtschaftliche Wahl bei einer Wasserhärte unter 30 °dH und einer Betriebstemperatur des Speichers unter 90 °C, Edelstahl (AISI 316L oder 304) wird dagegen in stark korrosiven Umgebungen und bei hohen Temperaturschwankungen bevorzugt.

• Eignung nach Wasserhärte – Emaille: Bereich 10–30 °dH, das Stadtnetz in der Türkei liegt in diesem Band; Edelstahl: bei jeder Härte einsetzbar
• Betriebstemperatur – Emaille: 5–95 °C, plötzliche Temperaturschocks schädigen die Emaille; Edelstahl: zwischen -10 und 100 °C sicher
• Temperaturwellen in der Solaranlage – Emaille: schnelles Erwärmen und Abkühlen bei wechselndem Kollektorzustand kann die Emaille mit der Zeit ermüden; Edelstahl: widerstandsfähiger
• Korrosionsbeständigkeit – Emaille: gut in alkalischen Wässern, gegenüber Säure begrenzt; Edelstahl AISI 316L: beständig gegen Chlorid und Säure
• Legionellenvorbeugung – Beide Typen können auf 70 °C aufgeheizt werden; die Bedingung der TS EN 806-3 für die thermische Desinfektion wird von beiden Typen erfüllt
• Kostenpositionen – Edelstahl: bei gleichem Volumen höhere Anfangskosten als Emaille; auf lange Sicht verringert sich der Unterschied bei der Wartung
• Praktische Wahl – Emaille: Wohngebäude am üblichen Stadtnetz; Edelstahl: Brunnenwasser, hohe Chlorung, industrielle Nutzung

Das klare Urteil: Bei Istanbuler Stadtnetzwasser ist ein Speicher mit Emaillebeschichtung (verfügbar in den Baureihen Kodsan KBD und KBS) technisch ausreichend; die Wasserhärte liegt in der Regel im Bereich von 15–25 °dH. In Gebäuden mit Brunnenwasser oder sehr hoher Chlorung sollte Edelstahl gewählt und eine regionale Wasseranalyse angefordert werden. (Details: Was ist ein Warmwasserspeicher? Unterschiede zwischen Speichern mit einer Rohrwendel, mit zwei Rohrwendeln und Elektro-Warmwasserspeichern)

Die Betriebsgrenzen von Solarspeichern müssen sich mit den Werten decken, die bei Druckanlagen in der TS EN 12828 und bei der Auslegung geschlossener Anlagen in der TS EN 12831 erfasst sind; der maximale Betriebsdruck des Speichers wird typischerweise mit 8–10 bar, die maximale Betriebstemperatur mit 95 °C angegeben. Geht der Solarkollektor in den Stillstand (Stagnation) über, kann die Kollektortemperatur 180–200 °C erreichen; damit diese Energie nicht auf den Speicher übertragen wird, wird im Kollektorkreis ein Mischventil als Temperaturbegrenzer eingesetzt.

Die Überhitzung des Speichers durch den Solarkreis hat zwei Ursachen. Die erste Ursache ist, dass die Kollektorpumpe weiterläuft, während der Speicherthermostat außer Betrieb oder defekt ist; der Kollektor pumpt dann Fluid mit 80–90 °C in den Speicher und bringt ihn an die Siedegrenze. Die zweite Ursache ist, dass über lange Zeit ohne Verbrauch (Urlaub) weiterhin Energie vom Kollektor kommt. Um dieses Risiko zu vermeiden, ist die Montage eines Hochtemperaturthermostats und eines Sicherheitsventils im oberen Speicherbereich Standardpraxis. (Details: Was ist ein Sicherheitsventil? Wo werden Sicherheitsventile mit 3 bar, 6 bar und 10 bar eingesetzt?)

Im Hinblick auf die Legionellengefahr erfordert die Speichertemperatur besondere Aufmerksamkeit. Die TS EN 806-3 verlangt bei Trinkwasserspeichern entweder eine Speicherung bei 60 °C und darüber oder eine regelmäßige thermische Desinfektion bei 70 °C. Solarspeicher können in sonnigen Perioden ohnehin 60 °C überschreiten; in bewölkten Perioden kann die Temperatur dagegen bei 40–50 °C bleiben, und dieser Bereich ist für Legionella pneumophila eine Risikozone. Wird der Zusatzwärmeerzeuger auf ein wöchentliches 70-°C-Programm gesetzt, ist dieses Risiko beseitigt. (Details: Was ist die Legionellengefahr im Warmwasserspeicher? Wie heiß muss das Warmwasser gehalten werden?)

Der Kollektortyp beeinflusst die Rohrwendelfläche des Speichers unmittelbar, denn Flachkollektor und Vakuumröhrenkollektor erzeugen unterschiedliche Wärmeträgertemperaturen und Volumenströme. Flachkollektoren liefern bei Januar-Sonneneinstrahlung 40–55 °C Austrittstemperatur, Vakuumröhren können unter denselben Bedingungen 60–75 °C erzeugen; dieser Unterschied wirkt sich auf die Rohrwendelgröße aus, weil die Wärmeübertragung nach der Beziehung Q gleich U mal A_s mal ΔT_lm unmittelbar von der mittleren Temperaturdifferenz ΔT_lm abhängt.

Berechnungsbeispiel: Beim Flachkollektor liegt ΔT_lm bei einer Kollektoraustrittstemperatur von 50 °C und einer mittleren Speichertemperatur von 40 °C bei etwa 8–12 °C. Beim Vakuumröhrenkollektor steigt ΔT_lm bei gleicher Speichertemperatur und einer Kollektoraustrittstemperatur von 70 °C auf etwa 25–30 °C. Wächst ΔT_lm auf mehr als das Doppelte, kann die Rohrwendelfläche für dieselbe Wärmeübertragung halbiert werden, oder es lässt sich mit einem kleineren Speicher dieselbe Kollektorkombination aufbauen. Diese mathematische Beziehung erklärt, warum Vakuumröhrenkollektoren mit geringerer Speicherkapazität bei hohem Wirkungsgrad arbeiten können.

Auch der Volumenstrom des Kollektorkreises beeinflusst die Leistung der Rohrwendel. Bei Solaranlagen werden 40–60 Liter/Stunde pro Kollektorfläche empfohlen; für 6 m² Kollektor ergeben sich 240–360 Liter/Stunde, also etwa 0,25–0,36 m³/h Volumenstrom. Ein niedrig gehaltener Volumenstrom erhöht die Eintrittstemperatur der Rohrwendel, kann aber auch die Verluste steigern. Die Auswahl der Umwälzpumpe des Kollektorkreises und die Einstellung des Volumenstroms bringen die Anlage auf ihren optimalen Wirkungsgrad. (Details: Was ist eine Warmwasser-Zirkulationspumpe? Warum kommt Warmwasser am Wasserhahn spät?)

Die Speichergröße bestimmt die Anschlussdurchmesser unmittelbar; bei kleinen Speichern liegen Eintritt und Austritt des Trinkwassers meist bei DN 25 (1 Zoll), bei großen industriellen Speichern bei DN 40–50. Der Rohrwendelanschluss des Solarkreises hat einen eigenen Rohrdurchmesser und wird typischerweise mit DN 20–25 (zwischen 3/4 und 1 Zoll) angegeben. Beim Anschluss des Speichers an den Kollektorkreis muss der Rohrdurchmesser dafür sorgen, dass die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 0,3–0,8 m/s bleibt; eine zu hohe Geschwindigkeit erhöht Geräusche und Druckverlust. (Details: DN, Zoll und Millimeter – Umrechnungstabelle: 1/2 Zoll, 3/4 Zoll, 1 Zoll, 2 Zoll – wie viele mm?)

Die Kapazität des im Solarkreis eingesetzten Ausdehnungsgefäßes steht in Beziehung zum Speichervolumen. Als allgemeine Regel gilt, ein Ausdehnungsgefäß von mindestens 20–25 Prozent des gesamten Flüssigkeitsvolumens des Solarkreises vorzusehen; in dieses Volumen fallen die Flüssigkeit im Kollektor und die Flüssigkeit in der Rohrwendel. Bei der Kombination aus 300-Liter-Speicher, 4 m² Kollektor und 12 Metern Rohrleitung ergibt sich ein gesamtes Flüssigkeitsvolumen von etwa 30–35 Litern; ein Ausdehnungsgefäß von 8–10 Litern ist ausreichend. (Details: Wie wählt man ein Ausdehnungsgefäß aus? Wo kommen Gefäße mit 24, 50, 100, 200 und 500 Litern zum Einsatz?)

Der Solarkreis ist ein geschlossener Kreislauf, der Wärme vom Kollektor zur unteren Rohrwendel des Speichers transportiert, und dieser Kreislauf benötigt eine Umwälzpumpe. Der Solarkollektor liefert nicht wie ein Kessel konstant Wärme; die Kollektortemperatur schwankt im Tagesverlauf und je nach Jahreszeit zwischen 20 und 80 °C. Diese Schwankung macht die Pumpenauswahl besonders: Die Pumpe des Solarkreises muss bei niedriger Förderhöhe (in der Regel 2–5 mWS), geringem Volumenstrom (0,25–0,8 m³/h) und häufigen Ein- und Ausschaltzyklen widerstandsfähig sein.

Die für den Solarkreis verwendeten Pumpen sind meist Nassläufer-Umwälzpumpen; als Fluid wird ein Wasser-Glykol-Mischung verwendet. Propylenglykol hat sich als Fluid des Solarkreises zur Standardwahl entwickelt; bei einer Mischung von 30–40 Prozent bietet es einen Frostschutz von -15 bis -20 °C. Da diese Mischung gegenüber reinem Wasser eine um 15–20 Prozent höhere Viskosität aufweist, muss bei der Pumpenauswahl der Leistungsabfall berücksichtigt werden.

Ein weiterer Vorteil des Propylenglykols als Fluid des Solarkreises ist, dass es für die menschliche Gesundheit unbedenklich ist; das ist der Grund, warum es gegenüber Ethylenglykol bevorzugt wird. Der pH-Wert der Mischung sollte zwischen 7,5 und 8,5 gehalten werden; sinkt der pH-Wert, schädigt Säurekorrosion die Rohrwendel und die Kollektorrohre. Die Mischung sollte alle fünf bis acht Jahre erneuert werden. Der Differenzregler schaltet die Pumpe ein, wenn die Kollektortemperatur um 5–8 °C höher ist als die Temperatur im unteren Speicherbereich; sinkt diese Differenz auf 2–3 °C, schaltet er die Pumpe ab. Ohne diese Regelungslogik kann die Anlage den Speicher abkühlen, indem die Pumpe die ganze Nacht läuft. Eine korrekte Differenzregelung maximiert den Solarbeitrag und minimiert den parasitären Energieverbrauch; in einer gut installierten Solaranlage bleibt der jährliche Stromverbrauch der Kollektorpumpe bei 20–40 kWh/Jahr.

Solarspeicher und Wärmepumpen-Warmwasserspeicher sind zwei Lösungen, die dasselbe Ziel (Warmwasserbevorratung) mit unterschiedlichen Quellen erreichen; die Auswahl bestimmen Gebäudetyp, Dachfläche, Stromtarif und Investitionszeitraum.

• Energiequelle – Solarspeicher: Wärme direkt aus dem Kollektor; Wärmepumpen-Warmwasserspeicher: Wärme aus der Außenluft mit Strom
• Stromverbrauch – Solarspeicher: an sonnigen Tagen null, an bewölkten Tagen schaltet sich der Zusatzwärmeerzeuger zu; Wärmepumpen-Warmwasserspeicher: verbraucht mit einem COP von 2,5–4,0 laufend Strom
• Dachfläche – Solarspeicher: 4–8 m² Kollektorfläche erforderlich; Wärmepumpen-Warmwasserspeicher: keine Dachfläche erforderlich, Aufstellung auf Bodenniveau im Freien genügt
• Winterleistung – Solarspeicher: an bewölkten Tagen vollständig vom Zusatzwärmeerzeuger abhängig; Wärmepumpen-Warmwasserspeicher: arbeitet noch bei -10 °C, der COP sinkt, aber der Betrieb geht weiter
• Speichergröße – Solarspeicher: breites Spektrum von 200–1000 Litern; Wärmepumpen-Warmwasserspeicher: in der Regel 200–300 Liter integriert
• Hybride Eignung – Solarspeicher: beim Modell mit zwei Rohrwendeln zusammen mit einer Wärmepumpe nutzbar; Wärmepumpen-Warmwasserspeicher: Kombination mit einem Kollektor aufwendig
• Für wen geeignet – Solarspeicher: Villa, Schule, Hotel mit ausreichender Dachfläche; Wärmepumpen-Warmwasserspeicher: Wohnung im Mehrfamilienhaus ohne Dach, städtisches Wohngebäude

Das klare Urteil: Ist die Solaranlage für die Gebäudetypologie geeignet, das heißt, sind Dachfläche und Sonneneinstrahlung ausreichend, sind Solarspeicher auf lange Sicht vorteilhafter, weil sie den Stromverbrauch auf nahezu null senken. Der Wärmepumpen-Warmwasserspeicher erzielt dort, wo keine Solaroption besteht, gegenüber der üblichen elektrischen Beheizung eine deutliche Energieeinsparung. (Details: Wärmepumpe oder Kombitherme? Vergleich der Erdgas- und Stromkosten)

Die Frage, wie die Rohrwendelgröße im Solarkreis bestimmt wird, erfordert die gemeinsame Betrachtung von drei Parametern: Kollektorfläche, Kollektortyp und mittlere Speichertemperatur. Diese drei Parameter bei der Speicherauswahl mit dem Katalog zu vergleichen, verhindert die verbreiteten Planungsfehler, die entweder unzureichende Wärmeübertragung oder einen unnötig großen Speicher bedeuten.

Der erste Schritt ist die Bestimmung der Kollektorfläche; dieser Schritt läuft ohnehin parallel zur Berechnung des Speichervolumens. Der zweite Schritt ist die Wahl des Beiwerts k nach dem Kollektortyp: 0,7–0,8 für Flachkollektoren, 0,8–1,0 für Vakuumröhren. Der dritte Schritt ist, im Katalog des Speicherherstellers den Wert der Rohrwendelfläche bei gleichem Volumen abzulesen und mit dem Berechnungsergebnis zu vergleichen. Erfüllt der Katalogwert das Berechnungsergebnis nicht, wird auf die nächstgrößere Kapazität gewechselt. Bei der Auswahl solarthermischer Warmwasserspeicher sollte diese Prüfung als Standardverfahren gelten.

Die Frage, wie viele Liter Speicher pro Kollektorfläche erforderlich sind, und die Frage, wie die Rohrwendelgröße im Solarkreis bestimmt wird, ergänzen sich gegenseitig. Die Antwort auf die Frage, wie viele Liter Speicher pro Kollektorfläche erforderlich sind, lautet für Istanbul 60–70 Liter/m²; dieser Wert bestimmt zugleich die Untergrenze der Rohrwendelfläche. Für 6 m² Kollektor sind ein Speicher von 360–420 Litern und mindestens 4,2–6,0 m² Rohrwendelfläche erforderlich. Der gewählte Speicher muss beide Kriterien erfüllen; nur das Speichervolumen zu betrachten und die Rohrwendelfläche zu übergehen, wäre im Hinblick auf den Heizwirkungsgrad der Anlage ein kritischer Fehler.

Die Speicher der Baureihe Kodsan KBS mit einer Rohrwendel sind emaillierte Behälter, die für Anwendungen ohne geplante Einbindung einer Solaranlage ausgelegt sind. Bei den Modellen Kodsan KBS mit einer Rohrwendel wird die einzelne Rohrwendel an den Kessel oder die Wärmepumpe angeschlossen; sie werden in Zentralheizungssystemen für die Warmwasserbereitung mit nur einer Wärmequelle bevorzugt. Sie werden in den Kapazitäten KBS 160, KBS 200, KBS 300, KBS 500, KBS 800 und KBS 1000 Liter hergestellt.

Das Modell Kodsan KBS 300 eignet sich für Wohngebäude mit drei bis fünf Personen im Betrieb mit zentralem Kessel. Das Modell Kodsan KBS 500 wird dagegen für Wohngebäude mit sechs bis acht Personen oder für den Warmwasserbedarf kleiner Büros und Werkstätten bevorzugt. Soll bei diesen Modellen eine Solaranlage in Betrieb genommen werden, kann der Anschluss des Solarkreises über einen externen Plattenwärmeübertrager erfolgen; dieser Ansatz erhöht jedoch die Installationskosten und ist nicht so effizient wie ein Speicher mit zwei Rohrwendeln.

Die richtige Wahl der Emaillebeschichtung bei Solarspeichern hängt von der Wasserchemie der Region und dem Betriebstemperaturprofil der Anlage ab. Damit die richtige Wahl der Emaillebeschichtung bei Solarspeichern getroffen werden kann, müssen vorab drei Fragen geklärt werden: Wie hoch ist die Wasserhärte in der Region in °dH, wie hoch wird die maximale Betriebstemperatur des Speichers sein, und wie werden die Temperaturschwankungen im Stagnationsszenario beherrscht?

Emaillestärke und Brennbedingungen unterscheiden sich zwischen den Herstellern; dicke Emaille (400–500 Mikrometer) ist gegenüber dünner Emaille (200–300 Mikrometer) widerstandsfähiger gegen Temperaturschocks. In der Solaranlage kann die Kollektortemperatur während der Stagnation mehrere hundert Grad erreichen; greift das Mischventil als Temperaturbegrenzer nicht ein, gelangt diese Wärme an die Speicherinnenfläche und ermüdet die Emaille. Deshalb wird in Solaranlagen hochwertige Emaille oder alternativ eine Edelstahl-Innenfläche empfohlen.

Da der Anschluss des Solarkollektors an einen Speicher mit zwei Rohrwendeln zwei getrennte Kreise erfordert, umfasst die Verrohrung vier Anschlusspunkte: Eintritt und Austritt der unteren Rohrwendel werden an den Kollektorkreis, Eintritt und Austritt der oberen Rohrwendel an den Kreis des Zusatzwärmeerzeugers angeschlossen. Beim Anschluss des Solarkollektors an den Speicher mit zwei Rohrwendeln befinden sich die Anschlusspunkte der unteren Rohrwendel im unteren Drittel des Speichers; diese Anordnung hält die Kontaktfläche mit dem kalten Wasser maximal und unterstützt die thermische Schichtung.

Die Reihenfolge der Anschlüsse ist wichtig. Der Kollektorvorlauf, also die Leitung, aus der das heißeste Fluid austritt, wird an den oberen Anschluss der unteren Rohrwendel angeschlossen; so strömt das heißeste Fluid in der Rohrwendel nach unten und es entsteht die maximale Temperaturdifferenz. Der Kollektorrücklauf, also die Leitung, in der das abgekühlte Fluid zurückkehrt, wird an den unteren Anschluss der unteren Rohrwendel angeschlossen. Diese Gegenstromanordnung optimiert die Wärmeübertragung. Im Hinblick auf Legionellengefahr und Vorbeugung bei Solarspeichern ist der Anschluss der oberen Rohrwendel so auszuführen, dass der Zusatzwärmeerzeuger das thermische Desinfektionsprogramm mit 70 °C im oberen Speicherbereich vollständig umsetzen kann.

Die Legionellengefahr bei Solarspeichern und ihre Vorbeugung sind besonders in bewölkten Klimaperioden von ernster Bedeutung. Die Legionellengefahr bei Solarspeichern entsteht dadurch, dass die Speichertemperatur tage- oder wochenlang im Bereich von 45–50 °C bleibt; dieser Bereich schafft für Legionella pneumophila ideale Vermehrungsbedingungen. Zur Legionellenvorbeugung bei Solarspeichern werden standardmäßig drei Methoden angewendet.

Die erste Methode ist die wöchentliche thermische Desinfektion: Der Zusatzwärmeerzeuger wird jede Woche mindestens einmal auf 70 °C programmiert und diese Temperatur 10–20 Minuten gehalten. Bei 70 °C sterben Legionella pneumophila innerhalb weniger Minuten ab; bei 60 °C ist ein Halten über 30–60 Minuten erforderlich. Die zweite Methode ist die UV-Desinfektion: Durch eine UV-Lampe in der Austrittsleitung des Speichers wird mikrobiologische Aktivität im austretenden Wasser verhindert. Die dritte Methode besteht darin, zu verhindern, dass die Kollektorpumpe nicht arbeitet, selbst in Zeiten, in denen die Anlage überhaupt nicht abkühlt; ist der Kollektor außer Betrieb, wird der Speicher mit dem Zusatzwärmeerzeuger auf Zieltemperatur gehalten.

Solarspeicher erfordern einmal jährlich eine technische Wartung; diese Wartung umfasst vier Komponenten: Kontrolle der Opferanode, Messung von pH-Wert und Gefrierpunkt des Fluids, Prüfung des Sicherheitsventils und Kontrolle des Druckabfalls der Rohrwendel. Wird die Wartung vernachlässigt, verkürzt sich die Lebensdauer des Speichers; insbesondere bei einem Speicher mit korrodierter Opferanode wird die Innenfläche schnell durchlöchert.

Die Opferanode besteht aus einer Magnesium- oder Aluminiumlegierung; sie selbst fällt der Korrosion zum Opfer und schützt dadurch die Innenfläche. In hartem Wasser sollte die Opferanode alle zwei bis drei Jahre ersetzt werden; in weichem Wasser und in Systemen mit Inhibitor kann ihre Lebensdauer länger sein. Ist die Opferanode aufgebraucht, bleibt die Innenfläche des Speichers ohne Schutz, und ab dem ersten Riss in der Emaille beschleunigt sich die Korrosion.

Nach Abschluss der Installation der Speicher-Solaranlage muss am Ende des ersten Jahres der pH-Wert des Fluids im Kreis gemessen werden; sinkt der pH-Wert unter 7,5, wird die Mischung erneuert. Bei der ersten Inbetriebnahme der Anlage muss die Entlüftung vollständig durchgeführt werden; in der Rohrwendel verbliebene Luft beeinträchtigt die Wärmeübertragung, obwohl die Kollektorpumpe läuft. (Details: Warum erwärmt der Warmwasserspeicher nicht? Häufigste Störungen und Lösungen)

Auch die Druckbedingungen des Speichers in der Solaranlage sollten in die regelmäßige Kontrolle einbezogen werden. Der Anlagendruck im kalten Zustand sollte im Bereich von 1,0–3,0 bar liegen; oberhalb von 3,0 bar entleert das Sicherheitsventil und die Anlage verliert Flüssigkeit. Auch die Dämmung des Speichers ist ein Element, das jährlich kontrolliert werden muss; wird die Dämmung beschädigt, kann der Bereitschaftswärmeverlust steigen, und die von der Sonne gesammelte Energie geht während der Speicherung verloren. Ein Speicher mit 50 mm dicker PU-Schaumdämmung verringert den täglichen Wärmeverlust gegenüber einem ungedämmten Speicher gleichen Volumens um 70–80 Prozent.

Bei der Installation der Speicher-Solaranlage dürfen zwei kritische technische Einzelheiten nicht übersehen werden. Die erste ist der Einbau eines automatischen Entlüfters am höchsten Punkt des Kollektorkreises; im oberen Sammler des Kollektors angesammelte Luft setzt die Anlage außer Funktion. Die zweite ist die Verwendung eines thermostatischen Mischers, damit die Temperatur des Vorwärmbereichs des Speichers nicht auf die Trinkwasserleitungen durchschlägt. Der thermostatische Mischer erlaubt den Betrieb des Speichers bei 60–65 °C und liefert dem Nutzer sicheres Wasser mit 45–48 °C, wodurch das Verbrühungsrisiko beseitigt wird. (Details: Was ist ein thermostatischer Mischer? Die 60-°C-Regel beim Warmwasserspeicher und das Verbrühungsrisiko)