Programm Dokumentation/Solarthermie

Der Dialog Eingabe der Solarkollektoren beschreibt die Kollektorfelder des Projekts. Aus Kollektortyp, Modulanzahl, Aperturfläche, Neigung und Azimut berechnet EPOS-Plan den Ertrag nach dem Wirkungsgradmodell der EN 12975.

Wie ein Kollektor Einstrahlung in Wärme wandelt und wovon sein Wirkungsgrad abhängt, beschreibt Grundlagen/Solarkollektoren; diese Seite zeigt, wie Sie ein Kollektorfeld in EPOS-Plan einbinden und einstellen und wie es mit Speicher und Nachheizung zusammenwirkt.

Einbindung in EPOS-Plan

Ein Kollektorfeld entsteht in fünf Schritten; erst seine Senkenliste entscheidet, wohin die Wärme geht.

1. Katalog – Kollektortypen mit Aperturfläche und den Kennwerten h0, k1, k2 und Kdir nach EN 12975 bzw. ISO 9806 stehen unter Administration → Wärmebedarf & Heizung → Solarkollektoren; Herstellerdaten nach VDI 3805 liest Administration → Daten & Import → Import Solarthermie VDI 3805 ein.
2. Kollektorfeld – auf der Startseite im Reiter Energieerzeuger die Kachel Solarthermie mit der Wahl Profil öffnen. In Eingabe der Solarkollektoren holt In das Projekt übernehmen einen Kollektortyp aus Auswahl in DB:; jede Zeile unter Auswahl in Projekt: ist ein Feld mit einer Ausrichtung. In der Gruppe Kollektor tragen Sie Modulanzahl:, Neigung [°]: und Azimut [°]: ein, dann Übernehmen und OK.
3. Kaskade – in der Simulation Konfiguration (Startseite, Reiter Simulation, Knopf Simulation Konfiguration...; ebenso Menü Projekt → Simulation…) steht das Feld als Karte unter Komponenten der Simulation. Die Reihenfolge der Karten ist die Kaskade: Die oberste Karte deckt den Bedarf einer Stunde zuerst. Eine noch nie gespeicherte Kaskade schlägt die angelegten Erzeuger in der festen Folge BHKW, Heizkessel, Solarthermie, Wärmepumpe vor; Konfiguration speichern legt sie fest (Fallstricke).
4. Wärmesenken – ein Doppelklick auf die Karte öffnet Wärmesenke - <Name>. Rang 1 Heizkreis (direkte Deckung des Bedarfs) deckt zeitgleich, die Bedarfsart wählt Heizung, Warmwasser oder beides. Eine Puffersenke auf Rang 2 – Ziel Pufferspeicher für Heizung, Brauchwasser, Prozesswärme oder Kombi – nimmt auf, was darüber hinausgeht. Ein neues Feld erhält beim Speichern die Senke Heizkreis (Heizung + Warmwasser), wenn das Projekt Heiz- oder Warmwasserbedarf führt, bei Prozesswärmebedarf außerdem oder allein die Senke Prozesswärme.
5. Pufferspeicher – Pufferspeicher anlegen… im Senkendialog oder Pufferspeicher anlegen / verwalten… in der Konfiguration öffnet Pufferspeicher im Projekt. Seine Verwendung muss den Kanal der Senke enthalten; Einzelheiten stehen unter Pufferspeicher.

Gerechnet wird Stunde für Stunde: zuerst das Bruttopotenzial des Felds aus Einstrahlung, Außentemperatur und Kollektorkennwerten – unabhängig von Bedarf und Speicherstand –, dann die Verteilung: die Direktsenken in Rangfolge, danach die Puffersenken bis zur Obergrenze des Speichers. Was übrig bleibt, ist Überschuss und wird verworfen.

Einbindung der Solarthermie in Beispiel B

Kollektorfeld
50 m², 35° Süd

Senken→

Rang 1: Heizkreis
Warmwasser direkt

Rang 2: Speicher 1
3 000 l

vorgewärmt→

BHKW 1
60 kW thermisch

Kessel 1 und 2
je 150 kW

Rest→

Warmwasser
220 MWh/a

Prinzipbild. Rang 1 deckt das Warmwasser zeitgleich, Rang 2 lädt Speicher 1; was fehlt, decken BHKW 1 und die Kessel in der Reihenfolge der Kaskade. EPOS-Plan bilanziert dabei Wärmemengen je Kanal, keine Temperaturstufen.

Beispiel

Das Hotel der Beispielanlage B (80 Zimmer, 420 MWh Heizwärme und 220 MWh Trinkwarmwasser im Jahr) wärmt sein Trinkwarmwasser mit 50 m² Flachkollektoren vor. Nachgeheizt wird mit BHKW 1 (30 kW elektrisch, 60 kW thermisch) und den Kesseln 1 und 2 mit je 150 kW; Speicher 1 fasst 3 000 l.

Dialog	Feld	Wert	Warum
Eingabe der Solarkollektoren	Auswahl in DB: → In das Projekt übernehmen	Flachkollektor, 2,5 m² Apertur je Modul	für Warmwasser genügt ein Flachkollektor; die Kennwerte kommen aus dem Katalog
Eingabe der Solarkollektoren	Modulanzahl:	20	20 × 2,5 m² = 50 m²; Aperturfläche [m²]: zeigt 50
Eingabe der Solarkollektoren	Neigung [°]: / Azimut [°]:	35 / 0	Süddach; der Ertrag fällt vor allem im Sommerhalbjahr an, wenn nur Warmwasser gebraucht wird
Simulation Konfiguration	Reihenfolge unter Komponenten der Simulation	1 Solarthermie, 2 BHKW, 3 Heizkessel	die Solarthermie deckt zuerst, das BHKW vor den Kesseln; die Vorwahl stellt sie hinter BHKW und Kessel – zweimal mit dem Pfeil nach vorn, dann Konfiguration speichern
Wärmesenke - Kollektorfeld	Rang 1: Ziel / Bedarfsart	Heizkreis (direkte Deckung des Bedarfs) / nur Warmwasser	zeitgleiche Deckung des Warmwassers; die Heizung erhält keine Solarwärme
Wärmesenke - Kollektorfeld	Rang 2: Ziel / Pufferspeicher / Ladeprio	Pufferspeicher Brauchwasser / Speicher 1 / nach Vorgabe (10 - Solarthermie)	der Ertrag über dem Momentanbedarf wird gespeichert statt verworfen; als vorrangiger Lader füllt das Feld bis zur Abschaltschwelle
Pufferspeicher im Projekt	Verwendung: / Vorlauf [°C]: / Rücklauf [°C]:	Brauchwasser / 60 / 35	passt zur Senke; 25 K Spreizung, der Dialog zeigt Q_max 87,0 kWh
Pufferspeicher im Projekt	… nachrangig [%]:	leer	Automatik 30 %: nachrangige Lader füllen höchstens 26 kWh, der Raum bis 95 % bleibt der Solarthermie
Pufferspeicher im Projekt	Mindestfüllstand/Notreserve [%]:	10	wirkt hier, weil BHKW 1 den Speicher lädt: die untersten 10 % bleiben als Vorrat stehen
Wärmesenke - BHKW 1	Rang 2: Ziel / Pufferspeicher / Ladeprio	Pufferspeicher Brauchwasser / Speicher 1 / nach Vorgabe (30 - BHKW)	Rang 1 bleibt Heizkreis mit Warmwasservorrang; als nachrangiger Lader füllt das BHKW bis 30 %, und dieser Speicherraum lässt es auch bei kleinem Bedarf laufen (BHKW: Beispiel)
Wärmesenke - Kessel 1, Kessel 2	Rang 1	Heizkreis (direkte Deckung des Bedarfs) / Beides (Warmwasser zuerst)	die Kessel decken nur den Rest und laden den Speicher nicht

Was zu erwarten ist und wo Sie es prüfen. Als Abschätzung, nicht als Rechenergebnis: 50 m² liefern an einem Standort in Deutschland rund 20 bis 25 MWh im Jahr, gut ein Zehntel des Trinkwarmwassers – im Hochsommer knapp ein Fünftel, im Winter wenige Prozent. Weil das Hotel auch im Sommer mehr Warmwasser zapft, als das Feld liefert, bleibt der Überschuss klein. Der Reiter Solarthermie der Simulationsergebnisse zeigt Kollektorertrag brutto:, davon genutzt:, Überschuss:, Restwärmebedarf: und Wärmebedarfsdeckung: – bezogen auf den ganzen Wärmebedarf des Projekts, hier also nur rund 3 bis 4 % –, darunter die Tabelle je Kollektorfeld mit Fläche, Anzahl und den Jahreswerten brutto, genutzt und Überschuss. Ergebnis → Autarkie Analyse stellt die Monate im Bild Wärmebedarf & Deckung dar, mit der Zeile Solare Deckung je Monat. Was das Feld dem BHKW an Laufzeit nimmt, zeigen im Reiter BHKW die Vollbenutzungsstunden.

Beispiel B: Solarertrag je Monat und Anteil am Trinkwarmwasser

Solarertrag je Monat, volle Höhe rund 3,6 MWh

2 %

Jan

5 %

Feb

9 %

Mär

14 %

Apr

17 %

Mai

19 %

Jun

19 %

Jul

17 %

Aug

12 %

Sep

7 %

Okt

3 %

Nov

1 %

Dez

Zahl über der Säule: Anteil am Trinkwarmwasser des Monats

Solarertrag, direkt und über Speicher 1 genutzt

Beispielwerte, gerundet: Abschätzung mit mittleren Monatswerten, kein Rechenergebnis von EPOS-Plan. Im Jahr rund 23 MWh, ein Zehntel des Trinkwarmwassers.

Zusammenspiel mit anderen Technologien

Zwei Reihenfolgen bestimmen, was ein Kollektorfeld deckt: die Kaskade für die Direktdeckung einer Stunde und die Ladeprio für die Speicherladung. Mit der Vorgabe 10 lädt die Solarthermie vor Wärmepumpe (20), BHKW (30) und Heizkessel (40).

Technik	Wirkung auf …	Wirkung von …	So rechnet EPOS-Plan
Pufferspeicher	die Solarthermie füllt ihn bis zur Abschaltschwelle	er nimmt auf, was über den Momentanbedarf hinausgeht; ohne ihn wird dieser Teil verworfen	Puffersenke mit Ladeprio; lädt die Solarthermie vorrangig und ist … nachrangig [%] leer, laden alle übrigen Lader nur bis 30 % (Schwellen)
BHKW	die Solarthermie deckt vor ihm und füllt den gemeinsamen Speicher; das BHKW verliert Laufzeit, vor allem im Sommer	darf das BHKW den Speicher über eine hoch gepflegte Grenze füllen, nimmt es der Solarthermie den Platz	das BHKW schaltet gegen den offenen Bedarf plus den freien Speicherraum bis zu seiner Obergrenze; was es in dieser Stunde einzulagern plant, ist für die übrigen Lader reserviert
Heizkessel	die Solarthermie senkt die Kesselwärme	ein Kessel mit Puffersenke lädt mit seiner freien Leistung bis zu seiner Obergrenze	steht der Kessel am Ende der Kaskade und ohne Puffersenke, deckt er nur den Rest
Wärmepumpe	die Solarthermie deckt vor ihr und füllt den gemeinsamen Speicher	lädt die Wärmepumpe denselben Speicher, gilt für sie die Nachrang-Grenze	eine Wärmepumpe im Betriebsmodus PV-optimiert mit einem Puffer auf Rang 1 wird in Stunden mit PV-Überschuss vorrangig, wenn ihre Priorität unter Bei PV-Überschuss: kleiner ist als die der Solarthermie; ist … nachrangig [%] gepflegt, lädt die Solarthermie in diesen Stunden nur bis zu diesem Wert
Wärmebedarf	–	Warmwasser gibt es auch im Sommer; Heizwärme fehlt, wenn die Sonne am meisten liefert	die Bedarfsart der Direktsenke und die Verwendung des Speichers legen fest, welche Kanäle das Feld beliefert

Fallstricke

• Nicht in der Kaskade oder hinten eingereiht. Ein Feld ohne Platz unter Komponenten der Simulation rechnet nicht mit; die Konfiguration nennt nicht aufgenommene Erzeuger über den Karten, der Lauf im Protokoll. Solange Sie die Reihenfolge nicht selbst geordnet haben, füllt die Konfiguration freie Plätze mit den angelegten Erzeugern in der festen Folge BHKW, Heizkessel, Solarthermie, Wärmepumpe – in einem neuen Projekt steht die Solarthermie damit hinter BHKW und Kessel. Dort findet ihre Direktsenke den Bedarf schon gedeckt; ohne Puffersenke deckt das Feld praktisch nichts, und der Ertrag erscheint als Überschuss. Schieben Sie die Karte mit dem Pfeil nach vorn.
• Ohne Puffersenke nur zeitgleich. Was über den Momentanbedarf hinausgeht, wird verworfen. Die Karte trägt dann den Hinweis Konfiguration prüfen mit der Empfehlung, einen Pufferspeicher anzuschließen.
• Nachrang zu hoch. Darf ein nachrangiger Lader den Speicher bis 80 % oder höher füllen – über … nachrangig [%] oder eine eigene Ladeobergrenze –, halten Kessel oder BHKW ihn in der Heizzeit fast voll, und die Solarwärme kommt nur in Höhe des Momentanbedarfs durch; die Karte der Solarthermie meldet das. Leeren Sie das Feld (Automatik 30 %) oder senken Sie den Wert.
• Überschuss ist der Maßstab. Steigt der Überschuss im Reiter Solarthermie deutlich, ist das Feld für Bedarf und Speicher zu groß. Deckt ein Feld nur Heizwärme, fällt der Sommerertrag größtenteils weg: In einem gerechneten Gebäude mit 68 MWh Heizwärme ohne Warmwasser, 80 m² Kollektorfläche und 3 000 l Puffer wurden von rund 38 MWh Bruttoertrag nur 11 MWh genutzt.
• Übernehmen vergessen. Modulanzahl, Neigung und Azimut gelangen erst mit Übernehmen in das Feld; OK speichert nur, was übernommen ist.
• Azimut 0° ist Süden. Negative Werte zeigen nach Osten, positive nach Westen – anders als bei den Bauteilen des Gebäudes, wo 0° Norden bedeutet.
• Ganglinie statt Profil. Die Wahl Ganglinie der Kachel ordnet dem Projekt eine Solarthermieganglinie zu; der Lauf liest sie nicht. Gerechnet wird der Ertrag immer aus Klimadaten und Kollektorfeld.
• Was EPOS-Plan nicht abbildet. Der Wirkungsgrad rechnet gegen eine feste Arbeitstemperatur von 50 °C: Ein kalter Speicherboden oder eine Vorwärmstufe bringt im Modell keinen Mehrertrag, und Kollektortypen lassen sich nur bei diesem Temperaturniveau vergleichen. Die Leitungsverluste sind pauschal 8 %; es gibt keine Stagnation, keine Kollektorabschaltung und keinen Hilfsstrom der Solarpumpe. Die Einstrahlung auf die geneigte Fläche wird isotrop gerechnet, Kdiff des Katalogs rechnet nicht mit, und Vor- und Rücklauf des Kollektorkreises haben keinen Rechenweg.

Eingaben

• Auswahl in Projekt: und Auswahl in DB: – links die Kollektorfelder des Projekts, rechts der Kollektorkatalog mit Bezeichner, Hersteller, Kollektortyp, A_ap, η₀ und k1, je Spalte sortier- und filterbar. In das Projekt übernehmen legt aus dem markierten Katalogsatz ein Kollektorfeld an, Aus dem Projekt entfernen nimmt das markierte Feld heraus.
• Kollektor in DB neu... und Kollektor in DB löschen – legen einen Katalogsatz unter neuem Namen an bzw. löschen den markierten nach Rückfrage.
• Modul – Name und Kennwerte des markierten Kollektors. Bearbeiten... öffnet seinen Katalogsatz; Alle Daten anzeigen klappt alle Kennwerte auf, die sich dort mit Speichern ändern lassen. Investitionskosten… und Betriebskosten… führen zu den Kosten des Felds.
• Kollektor – nur bei einem markierten Kollektorfeld des Projekts: Modulanzahl:, Aperturfläche [m²]: als Anzeige (Aperturfläche eines Moduls mal Modulanzahl, die Rechengröße), Neigung [°]: (0° waagerecht, 90° senkrecht) und Azimut [°]: (0° Süd, negativ nach Osten, positiv nach Westen). Die Zeile Senken: nennt die Wärmesenken des Felds. Übernehmen schreibt die Werte in das Feld; gespeichert wird mit OK, Abbrechen verwirft.

Siehe auch

• Grundlagen/Solarkollektoren – die fachlichen Hintergründe
• Programm Dokumentation/Pufferspeicher – Speicher, Schwellen und Ladereihenfolge
• Simulation: Wärmesenken einer Anlage – Senkenliste und Ladeverhalten
• Hydraulikschemata – die hydraulische Einbindung als Prinzipschema

Berechnung

Die Ertragsberechnung folgt dem Wirkungsgradmodell nach EN 12975 mit dem optischen Wirkungsgrad, den beiden Verlustkoeffizienten und dem Einfallswinkelkorrekturfaktor. Für jede Stunde wertet EPOS-Plan die Einstrahlung auf die geneigte Fläche und die Temperaturdifferenz zwischen der festen Arbeitstemperatur von 50 °C und der Außenluft aus und zieht pauschal 8 % Leitungsverluste ab. Der Kollektorertrag aus Einstrahlung und Kollektorkennlinie steht unter Berechnung: Solarthermie.