08.12.2014

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Neue Solarthermieanlagen für Yachten und Hausboote

800 W-Solarthermiemodul auf einer Segelyacht

Solarthermieanlagen zur Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung sind seit Jahren bekannt und heute technisch ausgereift. Derartige Systeme werden auf Hausdächern installiert, zur Sonne fix ausgerichtet und produzieren Wärme unter Ausnutzung der Sonneneinstrahlung. Der Wirkungsgrad dieser Systeme ist sehr hoch und damit ist die Energieausbeute, auch im Winter, teils so beträchtlich, dass die überschüssige Wärme zuverlässig abgeführt oder die Anlage gekühlt werden muss. Temperaturen weit über 100 Grad Celsius sind heute auch in Nordeuropa problemlos erzielbar.


Aufgrund ihrer Größe und Anlagengestaltung, der notwendigen Sicherheitsvorkehrungen und der Temperaturen sind derartige Anlagen für mobilen Einsatz auf beweglichen Fahrzeugen völlig ungeeignet. Hier werden zur Sonne ausrichtbare Kollektoren benötigt, die über bewegliche flexible Rohrleitungen an die Wärmespeicher angebunden sind. Zudem sind die Platzverhältnisse auch Yachten und Wohnmobilen meistens sehr beengt. Aber gerade hier machen diese Anlagen Sinn. Die Stromerzeugung über Photovoltaik ist heute bereits Standard, warum dann nicht auch warmes Wasser statt über Kocher, Brenner, Heizungen oder Einbaumaschinen (Bootsdieselmotoren) mit Sonnenkollektoren erzeugen.


Folgende Voraussetzungen muss eine mobil nutzbare Anlage erfüllen:


– kleine Kollektorflächen
– Pumpen und Steuerungen in 12 V – und 24 V – Ausführungen
– berührungssichere, flexible Leitungen
– kleine Druckausgleichgefässe
– stabile, rostfreie Ausführung komplett in Edelstahl


Systembeschreibung:


Nachdem einige Varianten mit teils selbstentwickelten und gebauten Kollektoren auf Kupferröhrenbasis getestet wurden, wird für die hier vorgestellte Anlage ein Minikollektor mit ca. 1 m² Fläche (entspricht ungefähr einer Wärmeleistung von 500 W, Gewicht der Anlage ca. 14 kg) genutzt. Mittels einer selbstentwickelten Drehkipphalterung ist dieser Kollektor in mehreren Richtungen zur Sonne ausrichtbar, was insbesondere auf einer ankernden Yacht oder bei einem geparkten Wohnmobil notwendig ist. So kann der Sonnenverlauf optimal ausgenutzt werden. Die Anbindung des Kollektors an das Fahrzeug erfolgt über großvolumige, flexible Edelstahlpanzerschläuche, welche gegen Wärmeverlust und versehentliche Berührung isoliert und ummantelt ist. Der Absorber hat einen Wirkungsgrad von 95 %.


Über eine Anschlussplatte werden die flexiblen Schläuche zur Wärmeweiterleitung im Fahrzeug mit isoliertem Edelstahlwellrohr verbunden. So ist eine einfache Demontage der Anlage möglich. Die Wärmespeicherung kann über folgende Varianten erfolgen:


– direkte Erwärmung des Brauchwassers durch Einbindung des Kollektors in den Warmwasserkreislauf und Nutzung des vorhandenen Wasserboilers als Wärmespeicher (einfachste Lösung)
– Einbindung des Motorkühlkreislaufes, welcher schon den Boiler erwärmt, durch Ankopplung des Kollektors (dieser kann dann mit Glykol winterfest betrieben werden)
– Nutzung eines Warmwasserboilers mit zweitem Heizkreislauf, insbesondere für große Yachten


In allen drei Fällen wird der Wärmekreislauf durch eine Gleichspannungspumpe aufrechterhalten. Hierfür kommen nur spezielle Motoren zum Einsatz, da nur diese eine lange Lebensdauer bei völlig geräuschlosem Betrieb, geringem Stromverbrauch und hoher Temperaturfestigkeit verbinden. Beim elektronisch kommutierten Pumpenmotor gibt es keine Verbindung zwischen Pumpe und Antrieb; die Kraft wird durch ein rotierendes Magnetfeld übertragen. Deshalb können keine Undichtigkeiten auftreten; es gibt keine drehenden Achsen oder Lager.


Zur Ansteuerung der Pumpe dient eine elektronische Pumpensteuerung, welche wasserdicht in einem Schutzgehäuse installiert wird. Diese sogenannte Differenztemperaturregelung vergleicht die Speicher- und Kollektortemperatur und steuert direkt die Pumpe an. Gleichzeitig werden Ventile angesteuert, wenn die Anlage mit einem zweiten Heizkreislauf (Einbaudiesel o.ä.) verbunden ist. Die Ventile trennen den Kollektor vom Motor.


Betrieb der Anlage:


Ziel war es, einen völlig wartungsfreien, geräuschlosen Dauerbetrieb mit möglichst wenig Stromverbrauch (hier durchschnittlich ca. 1 A bei 12 V, max. 20 W) sicherzustellen. Der Anwender sollte nicht durch Anzeigen oder Bedienelemente verwirrt werden. Lediglich ein Einschalter ist nötig, um die Solarpumpe und die Steuerung einzuschalten. Die Pumpensteuerung erkennt automatisch, wenn genügend Sonneneinstrahlung vorliegt und schaltet die Pumpe ein. Wenn sich gegen Abend oder bei zunehmender Bewölkung der Kollektor wieder abkühlt, wird die Anlage automatisch deaktiviert. Der Benutzer muss lediglich ein- und ausschalten bzw. kann die Anlage dauerhaft eingeschaltet lassen. Je nach Sonneneinstrahlung wird die Pumpe angesteuert. Zur Erhöhung der Effektivität kann der Kollektor zur Sonne ausgerichtet werden.


 


Ausstellerdatenblatt