AT519035A1 - Solaranlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage (1), die mindestens einen thermischen Kollektor (2) mit einem Kollektoreinlass (3) und einem Kollektorauslass (4), einen Wärmeabnehmer (5) und eine Solarpumpe (10) aufweist, die über eine Solareinlassleitung (8) und eine Solarauslassleitung (9) miteinander verbunden sind, sowie mit einer Druckhalteeinrichtung (11), die derart mit dem Kollektor (2) verbindbar ist, dass beim Verdampfen von im Kollektor (2) befindlichem Wärmeträger flüssiger Wärmeträger aus dem Kollektor (2) zu der Druckhalteeinrichtung (11) hin verdrängt und beim Kondensieren des Wärmeträgers im Kollektor flüssiger Wärmeträger aus der Druckhalteeinrichtung (11) zurück in den Kollektor verdrängt wird, wobei die Solaranlage (1) eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung mit Sensoren (19A, 19B, 19C) zum Detektieren eines Stagnations-Betriebszustands aufweist, bei dem der Wärmeträger im Kollektor (2) verdampft, verdampft ist oder die Möglichkeit eines Verdampfens des Wärmeträgers gegeben ist. Um vorteilhafte Rahmenbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Druckhalteeinrichtung (11) eine Einstelleinrichtung aufweist, mittels welcher der Betriebsdruck im Kollektor (2) auf einen ersten Solldruck und einen niedrigeren zweiten Solldruck einstellbar ist, und dass die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung derart mit der Einstelleinrichtung in Steuerverbindung steht, dass der erste Solldruck zur Anwendung kommt, wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird und der zweite, niedrigere Solldruck zur Anwendung kommt, wenn der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage, die mindestens einen thermischen Kollektor mit einem Kollektoreinlass und einem Kollektorauslass für einen flüssigen Wärmeträger, einen Wärmeabnehmer und eine Solarpumpe zum Umwälzen des Wärmeträgers aufweist, die zur Bildung eines geschlossenen Solarkreislaufs über eine Solareinlassleitung und eine Solarauslassleitung miteinander verbunden sind, sowie mit einer Druckhaiteeinrichtung für den Wärmeträger, die derart mit dem Kollektor verbunden oder verbindbar ist, dass beim Verdampfen von im Kollektor befindlichem Wärmeträger flüssiger Wärmeträger aus dem Kollektor zu der Druckhaiteeinrichtung hin verdrängt und beim Kondensieren des Wärmeträgers im Kollektor flüssiger Wärmeträger aus der Druckhaiteeinrichtung zurück in den Kollektor verdrängt wird, wobei die Solaranlage eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung mit Sensoren zum Detektieren eines Stagnations-Betriebszustands aufweist, bei dem der Wärmeträger im Kollektor verdampft, verdampft ist oder die Möglichkeit eines Verdampfens des Wärmeträgers gegeben ist.

Wenn flüssigkeitsführende thermische Solaranlagen ohne mechanische Nachführung der Ausrichtung des Solarkollektors entsprechend dem Sonnenstand ihre Wärme nicht abgeben können, schalten sie ab und werden immer heißer, bis sie ihre Stagnationstemperatur erreichen. Die Stagnationstemperatur liegt in der Regel oberhalb der Siedetemperatur der Flüssigkeiten, insbesondere wenn es sich dabei um Wasser oder um Wasser-Frostschutzgemische handelt. Es ist angewandte Praxis, dass bis zu Temperaturen von ca. 160 °C das Sieden vermieden wird, indem der zulässige Druck im Solarkreis hoch genug ist. Viele Kollektoren erreichen aber so hohe Stagnationstemperaturen, dass die Siedevermeidung über den

Druckanstieg kompliziert oder nicht möglich ist. Also muss dann das Sieden des Kollektorfeldes technisch beherrscht werden. Das Sieden des Kollektorfeldes wird nicht enden, bevor in allen Kollektoren nur noch Dampf ist. Das ergibt viele technische Herausforderungen. Eine davon ist, dass während des Siedens eine enorme Volumenausdehnung des Anlageninhaltes stattfinden kann, was eine sehr aufwändige Ausdehnungs- bzw. Druckhaltevor-richtung erfordert. Eine zweite Herausforderung ist, dass während des Siedens noch sehr viel Wärme an den Kollektor abgegeben werden kann. Die dritte Herausforderung ist, dass während des Siedens die ganze Anlage mit wesentlich höheren Temperaturen thermisch belastet wird, als für den Normalbetrieb vorgesehen ist, wenn sich der Dampf überall ausbreiten kann. Weitere Herausforderungen sind Dampfschläge und die Grenzen thermischer Ausdehnung.

Aus DE 10 2014 000 672 B4 ist eine Solaranlage der eingangs genannten Art bekannt, die ein Leitungssystem mit einem Bypass aufweist, mittels dem die Solareinlassleitung mit der Solarauslassleitung verbindbar ist. In dem Bypass ist zu diesem Zweck ein 2/2-Wegeventil angeordnet, das in eine Durchlass- und eine Sperrsteilung verstellbar ist. Die Solarpumpe ist in einem Abschnitt des Solarrücklaufs angeordnet, der sich von der Auslassöffnung des Wärmeabnehmers in Förderrichtung der Solarpumpe bis zum Bypass erstreckt. Im Solarkreislauf ist ein Rückflussverhinderer für die Solarpumpe vorgesehen. Zum Detektieren eines Stagnations-Betriebszustands, bei dem die Möglichkeit eines Verdampfens des Wärmeträgers gegeben ist, der Wärmeträger im Kollektor verdampft oder bereits verdampft ist, hat die Solaranlage eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung, die Temperatursensoren aufweist, mittels denen die Temperatur des Wärmeträgers am Kollektorauslass, an der Einlassöffnung des Wärmeabnehmers und an der Solareinlassleitung messbar ist.

Die Solaranlage hat eine Druckhaiteeinrichtung für den Wärmeträger, die derart mit der Betriebszustands-Erfassungseinrichtung in Steuerverbindung steht, dass sich das 2/2-Wegeventil des Bypasses in der Durchlassstellung befindet, wenn die Erfassungseinrichtung den Stagnations-Betriebszustand detektiert. Die

Ausdehnungs- und Druckhaiteeinrichtung ist derart mit dem Solarkreislauf verbunden, dass beim Verdampfen von im Kollektor befindlichem Wärmeträger flüssiger Wärmeträger aus dem Kollektor über den Bypass zu der Ausdehnungsund Druckhaiteeinrichtung hin verdrängt wird. Damit wird erreicht, dass der Dampf die Flüssigkeit aus dem Kollektor treibt. Dies ermöglicht eine Stagnationsdämpfung, bei der die Flüssigkeit den Kollektor in Richtung des kälteren Solarrücklaufs oder sowohl in Richtung der kälteren Solareinlassleitung als auch über die Solarauslassleitung verlässt, so dass möglichst kein flüssiger Wärmeträger beim Verlassen des Kollektors einen Weg durchströmen muss, den bereits Wärmeträgerdampf eingenommen hat, weil dabei zusätzlicher Dampf entstehen würde, so dass insgesamt besonders wenig Dampf entsteht und Dampfschläge vermieden werden.

Wenn die Erfassungseinrichtung den Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert, befindet sich das 2/2-Wegeventil des Bypasses in der Sperrsteilung. In diesem Fall strömt der Wärmeträger in einem geschlossenen Solarkreislauf vom Auslass der Solarpumpe über die Solareinlassleitung zum Kollektoreinlass, durch den Kollektor hindurch zum Kollektorauslass, von dort über die Solarrücklaufleitung zur Einlassöffnung des Wärmeabnehmers, durch diesen hindurch zur Auslassöffnung und von dort zum Einlass der Solarpumpe. Unter einer Solaranlage mit geschlossenem Solarkreislauf wird eine Solaranlage verstanden, deren Kollektoren immer vollständig mit Wärmeträger gefüllt und frei von Luft sind, wobei der Wärmeträger im Betriebszustand Stagnation vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand wechseln kann.

Obwohl sich die vorbekannte Solaranlage in der Praxis bewährt hat, weist sie dennoch Nachteile auf. So ist das Leitungssystem während des Entleerens des Kollektors überden Bypass noch einer relativ großen thermischen Belastung ausgesetzt.

Aus DE 30 21 422 A1 ist ferner eine Solaranlage bekannt, die der unmittelbaren Erwärmung von unter dem üblichen Kaltwasser-Netzdruck stehenden

Brauchwasser dient. Die Solaranlage hat einen thermischen Kollektor mit einem Kollektoreinlass und einem Kollektorauslass für einen flüssigen Wärmeträger. Außerdem weist die Solaranlage einen als Speicherbehälter ausgestalteten Wärmeabnehmer mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung für den Wärmeträger auf. Der Kollektorauslass ist zur Bildung eines Solarkreislaufs über eine Solarauslassleitung mit der Einlassöffnung und die Auslassöffnung über eine Solareinlassleitung mit dem Kollektoreinlass verbunden. In der Solareinlassleitung ist eine Solarpumpe zum Umwälzen des Wärmeträgers im Solarkreislauf angeordnet. Ein Abschnitt der Solareinlassleitung, der sich von der Auslassöffnung des Wärmeabnehmers in Förderrichtung der Solarpumpe bis zu dieser erstreckt, ist an einer Kaltwasserzulaufleitung angeschlossen. Die Solaranlage hat eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung, mittels der ein Stagnations-Betriebszustand der Solaranlage erfassbar ist, bei dem der Wärmeträger im Kollektor verdampft, verdampft ist oder bei dem die Möglichkeit eines Verdampfens des Wärmeträgers besteht. Der Stagnations-Betriebszustand wird mit Hilfe eines Thermostaten erfasst, mittels dem die Annäherung der Wärmeträgertemperatur im Kollektor an den Siedepunkt des Wärmeträgers gemessen werden kann. Um die Gefahr, dass im Stagnations-Betriebszustand im Solarkreislauf ein unzulässig hoher Überdruck im Solarkreislauf entsteht, zu vermeiden, weist die Solaranlage für den Kollektor eine Entleerungseinrichtung und eine Rohr-Be- und Entlüftungsvorrichtung auf. Die Entleerungseinrichtung hat in der Solareinlassleitung ein erstes 3/2-Wegeventil und in der Solarauslassleitung ein zweites 3/2-Wegeventil. Die 3/2-Wegeventile stehen derart mit der Betriebszustandserfassungseinrichtung in Steuerverbindung, dass der Wärmeträger während des normalen Betriebs der Solaranlage über den Kollektor und den Wärmeabnehmer im Solarkreislauf umgewälzt wird. Während des Auftretens des Stagnations-Betriebszustands ist ein in Förderrichtung der Solarpumpe vom ersten 3/2-Wegeventil zum Wärmeabnehmer führender Abschnitt der Solareinlassleitung durch das erste 3/2-Wegeventil gesperrt und ein in Förderrichtung vom ersten 3/2-Wegeventil zum Kollektoreinlass führender Abschnitt der Solareinlassleitung sowie ein vom Kollektorauslass zum zweiten 3/2-Wegeventil führender Abschnitt des Solarauslassleitung ist über das erste 3/2-Wegeventil mit einer Ablaufleitung verbunden. Bei Annährung an den

Siedepunkt soll diese Einrichtung dafür sorgen, dass sich der obere Teil der Solaranlage, nämlich der Kollektor und die dazu benachbarten Rohrabschnitte, entleert. Dabei spielt die Rohr-Be- und Entlüftungsvorrichtung eine wichtige Rolle, weil sich beim Entleeren des Wassers der Kollektor und der obere Teil der Solaranlage mit Luft füllen und beim Wiederbefüllen mit unter Netzdruck stehendem Brauchwasser die Luft wieder aus der Solaranlage entweichen muss. Die Solaranlage hat also einen offenen Solarkreislauf, der nach jeder Entleerung und Befüllung mit Luft immer wieder mit frischem Brauchwasser befüllt wird.

Diese Lösung ist der Fachwelt als „Drain-Back“-System bekannt und für Kleinanlagen (ein Kollektor, Brauchwasseranlagen mit Brauchwasserspeicher) einsetzbar. Bei Drain-Back-Systemen müssen der Kollektor und die Rohre der Schwerkraft folgend völlig leerlaufen und sich dabei mit Luft füllen. Die Rohrquerschnitte, die Rohrführung (Gefälle) sowie die Konstruktion der Kollektoren müssen konstruktiv dem Ziel des Entleerens genügen, was für aus mehreren Kollektoren bestehenden Kollektorfeldern auch trotz der Rohr-Be-und Entlüftungsvorrichtung kaum vollständig gelingt und dafür nur bedingt geeignet ist. Für Thermosiphonanlagen, das sind sehr kleine Solaranlagen, die anstatt mit einer Solarpumpe mit der Schwerkraft angetrieben werden, indem vor allem der Speicher oberhalb des Kollektors angeordnet wird, ist aus DE 20 2006 016 098 U1 ein Überhitzungsschutz bekannt. Dieser besteht im Wesentlichen darin, dass bei Erreichen einer Temperatur, die relativ weit unterhalb der Siedetemperatur liegt, ein Ventil in der Solarauslassleitung schließt, wonach die Solarflüssigkeit über die Solareinlassleitung in einen Wärmetauscher drückt. Ziel dabei ist es, dass sich der Kollektor beim Sieden weitgehend in den Wärmetauscher entleert. Dazu werden noch viele Details erwähnt, vor allem kommt es auf ein geeignetes Kanalsystem im Kollektor an. Diese Art des Überhitzungsschutzes für einen Thermosiphon ist auf Solaranlagen mit Solarpumpen, mit Speichern, die sich unterhalb der Kollektoren befinden, auf Solaranlagen ohne Speicher oder auf Kollektoren, die darauf konstruktiv keine Rücksicht nehmen, nicht anwendbar.

Aus DE 27 22 451 A1 ist ferner eine Solaranlage bekannt, bei der beim Sieden des Wärmeträgers im Kollektor flüssiger Wärmeträger aus dem Kollektor über die Solareinlassleitung zu einem Ausdehnungsgefäß hin verdrängt wird. Aber die Praxis vieler Jahre zeigte, dass diese Solaranlage gerade hinsichtlich des Überhitzungsschutzes unbefriedigend funktioniert. Wenn der Wärmeträger im Kollektor siedet, nimmt der Dampf nicht nur den kürzesten Weg über die Solareinlassleitung zum Ausdehnungsgefäß, sondern auch den über die Solarauslassleitung. Das kann zu Überhitzung und Zerstörung von Bauteilen, wie z.B. der Solarpumpe, führen. Diese Gefahr wird umso gravierender, je leistungsstärker die verwendeten Kollektoren sind.

Die DE10 2008 038 733 A1 beschreibt ein Verfahren zur Vermeidung von Überhitzungsschäden an einer thermischen Solaranlage mit einer Umwälzpumpe und einem den Druck im Fluidkreislauf erfassenden Drucksensor, mit dem der Fluidkreislauf nach jeder Abschaltung der Umwälzpumpe auf das Vorhandensein von Dampf überwacht wird und die Umwälzpumpe gegen Wiedereinschalten gesperrt wird, solange Dampf im Fluidkreislauf feststellbar ist. Damit soll dafür gesorgt werden, dass die Umwälzpumpe nach jedem Stillstand erst wieder eingeschaltet werden kann, wenn sich kein Dampf mehr im Fluidkreislauf befindet, um damit verbundenen möglichen Schäden vorzubeugen. Der Drucksensor misst neben dem absoluten Druck auch dessen zeitlichen Verlauf, um auf das Entstehen und das Vorhandensein von Dampf im Fluidkreislaufzu schließen. Das Verfahren beschränkt sich auf Solaranlagen, bei denen der Druck mit einem Membranausgleichsgefäß ausgeglichen wird.

Die in der Beschreibung zu DE10 2008 038 733 A1 getroffene Feststellung, dass bei Vorhandensein von Dampf im Fluidkreislauf der absolute Druck immer deutlich über dem bei Normalbetrieb herrschenden Druck liege, so dass ein gemessener Überdruck immer ein wichtiges Indiz für das Vorhandensein von Dampf sei, trifft nicht zu, wenn zum Druckausgleich eine geregelte Druckhaltung anstelle von Membranausgleichsgefäßen verwendet wird, was ab einer gewissen Solaranlagengröße üblich bzw. notwendig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Solaranlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die beim Auftreten des Stagnations-Betriebszustands eine thermische Belastung der Solaranlage ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese sehen vor, dass die Druckhaiteeinrichtung eine Einstelleinrichtung aufweist, mittels welcher der Betriebsdruck im Kollektor auf einen ersten Solldruck und einen niedrigeren zweiten Solldruck einstellbar ist, und dass die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung derart mit der Einstelleinrichtung in Steuerverbindung steht, dass der erste Solldruck zur Anwendung kommt, wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird und der zweite, niedrigere Solldruck zur Anwendung kommt, wenn der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird.

Erfindungsgemäß wird also der Betriebsdruck des Wärmeträgers im Kollektor abgesenkt, sobald die Möglichkeit eines Verdampfens des Wärmeträgers gegeben ist bzw. sobald der Stagnations-Betriebszustand eintritt und so lange, bis der Kollektor wieder bis unter den Siedepunkt des Wärmeträgers abgekühlt und der Wärmeträger vollständig kondensiert ist. Dadurch beschleunigt sich das Sieden des Wärmeträgers im Kollektor oder es beginnt überhaupt erst und beschleunigt sich danach, weil die Siedetemperatur sinkt. Die Beschleunigung beruht darauf, dass die Dampfbildung mit einer großen Ausdehnung des Wärmeträgers verbunden ist. Dadurch wird die Druckabsenkung zwar sofort wieder kompensiert, weil es zum Rückstau kommt, aber die Verdrängung des flüssigen Wärmeträgers durch den Wärmeträgerdampf hin zum niedrigeren Druck findet schneller statt als ohne Druckabsenkung im Kollektor und zwar umso schneller, je geringer der Strömungswiderstand in den Abschnitten des Leitungssystems ist, über welche der flüssige Wärmeträger vom Kollektor zur Druckhaiteeinrichtung hin verdrängt wird.

Mit der Verkürzung der Übergangs- oder Siedezeit verkürzt sich auch die Sonnenwärmeaufnahme des Kollektors, weil die Verdampfungsleistung der Sonne über eine kürzere Zeit zur Wirkung kommt, so dass dabei zwangsläufig weniger Dampf entsteht, was kleinere Ausdehnungs- und Dampfkondensationsvorrichtungen gestattet und weniger abzuführende Stagnationswärme erzeugt. Wenn sich nur noch Dampf im Kollektor befindet, lässt die Strömung erst nach, bricht dann ab und kehrt sich um, weil der Wärmeträger in der Solareinlassleitung wieder kondensiert und dadurch einen Unterdrück erzeugt, der den Wärmeträger allmählich bis zum Kollektor zurücksaugt. Dann ist die Stagnationsübergangszeit vorüber. Von da an wird der Kollektor immer heißer, bis er seine Stagnationstemperatur erreicht, bei der seine Verluste an die Umgebung mit der Solarwärmeaufnahme im Gleichgewicht stehen, aber an die Solaranlage gibt er dann keine Wärme mehr ab. Wenn der Kollektor wieder abkühlt, z.B. nachts, kondensiert der Dampf, was einen Unterdrück im Kollektor erzeugt, der ihn selbständig wieder mit flüssigem Wärmeträger füllt. Wenn kein Dampf mehr im Kollektor ist, stellt die Druckhaiteeinrichtung den höheren Betriebsdruck wieder her, der vorzugsweise dem Betriebsdruck des Wärmeabnehmers entspricht. Ohne Druckabsenkung würde der Druck und damit auch die Siedetemperatur im Kollektor aufgrund des Rückstaus während der Stagnationsübergangszeit ansteigen, was für die Rohre und deren Wärmedämmung einen größeren Stress bzw. zum Umgang damit höhere konstruktive Kosten erzeugt.

Der Kollektor bzw. das gesamte Kollektorfeld darf keine Rohr-Be-und Entlüftungsvorrichtung aufweisen, da der Wärmeträger im Kollektor nicht durch Luft, sondern ausschließlich durch Wärmeträgerdampf ersetzt wird. Im Gegensatz zum Drain-Back-Prinzip wird der Solarkreis der erfindungsgemäßen Solaranlage nicht geöffnet, um den Wärmeträger abzulassen und durch Luft zu ersetzen, sondern um den sich beim Sieden ausdehnenden Wärmeträger einen gezielten Weg aus dem Kollektor zu weisen, der wieder geschlossen wird, wenn der verdampfte Wärmeträger im abgekühlten Kollektor wieder kondensiert und in das Vakuum zurückgeströmt ist.

Eine zur Anwendung der Erfindung besonders geeigneter Wärmeträger ist Wasser, weil mit Wasser das Verdampfen und Kondensieren verhältnismäßig einfach, ökonomisch und in beliebig häufiger Wiederholung ohne Alterung des Wärmeträgers handhabbar ist, denn Wasser verhält sich bei thermischer Stagnation im Kollektor chemisch und physikalisch stabil, d. h. reversibel. Dies ist umso wichtiger, je höher die Stagnationstemperaturen sind. Besonders hohe Stagnationstemperaturen haben Vakuumkollektoren im Allgemeinen und Dewar-oder Sydney-Vakuumröhrenkollektoren mit CPC-Spiegeln im Besonderen, wie sie z. B. in der DE 20 2012 011 344 U1 beschrieben sind. Wenn die Erfindung mit einem anderen Wärmeträger als mit Wasser verwendet wird, wie z. B. Glykol-Wassergemisch oder Thermoöl, ist es zweckmäßig, wenn der Wärmeabnehmer einen Wärmetauscher umfasst.

Ein Vorzug der Erfindung besteht darin, dass sie auf beliebig große Solaranlagen anwendbar ist, deren Kollektorfelder aus beliebig vielen Einzelkollektoren bestehen können. Das ist deshalb möglich, weil im gesamten Kollektorfeld zu jeder Zeit immer nur Wärmeträger verbleibt, der zwar im Betriebszustand Kollektorüberhitzung als Dampf vorliegt, bei Abkühlung unter die Kondensationstemperatur aber wieder flüssig wird und das gesamte Kollektorfeld wieder mit Flüssigkeit ausfüllt. Dazu bedarf es, anders als z. B. bei Drain-Back-Systemen, keiner Füllvorrichtung, es genügt allein das Vakuum im Kollektorfeld bzw. der Druck des Wärmeträgers von außen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Druckhaiteeinrichtung zur Einstellung des ersten Solldrucks eine erste Druckhaltestation und zur Einstellung des zweiten Solldrucks eine zweite Druckhaltestation, wobei die Einstelleinrichtung ein erstes, ein zweites und ein drittes, jeweils in eine Durchlass- und eine Sperrsteilung verstellbares Stellelement aufweist, wobei der Kollektoreinlass über das erste Stellelement mit der zweiten Druckhaltestation verbindbar ist, wobei das zweite Stellelement in der Solareinlassleitung zwischen dem Auslass der Solarpumpe und dem Kollektoreinlass angeordnet ist, wobei das dritte Stellelement in der Solarauslassleitung zwischen dem Kollektorauslass und der Einlassöffnung des Wärmeabnehmers angeordnet ist, wobei die erste Druckhaltestation mit einem Abschnitt des Solarkreislaufs verbunden ist, der sich vom dritten Stellelement in Förderrichtung des Wärmeträgers bis zum zweiten Stellelement erstreckt und den Wärmeabnehmer beinhaltet, und wobei die Stellelemente derart mit der Betriebszustands-Erfassungseinrichtung in Steuerverbindung stehen, dass das erste Stellelement in der Sperrsteilung und das zweite und dritte Stellelement in der Durchlassstellung angeordnet sind, wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird, und dass das erste Stellelement in der Durchlassstellung und das zweite und dritte Stellelement in der Sperrsteilung angeordnet sind, wenn der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird. Die Druckabsenkung durch die zweite Druckhaltestation erfolgt also über die Solareinlassleitung. Weil diese sich am kälteren Ende des Kollektors befindet, geschieht der Abfluss des Wärmeträgers aus dem Kollektor in diese Richtung mit geringerer Dampfentwicklung als beim Abfluss über die heißere Solarauslassleitung. Die Druckabsenkung über die Solareinlassleitung wird erreicht, indem das den Solarkreislauf öffnende erste Stellelement in Förderrichtung der Solarpumpe nach dem schließenden zweiten Stellelement angeordnet ist. Der Druck im Wärmeabnehmer wird über die erste Druckhaltestation eingestellt, die den Druck für den gesamten Solarkreis und insbesondere den Druck im Kollektor nur einstellt, solange der Stagnations-Betriebszustand nicht eintritt bzw. vorliegt.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kollektorauslass über eine Leitung, in der ein viertes, in eine Durchlass- und eine Sperrsteilung verstellbares Stellelement angeordnet ist, mit der zweiten Druckhaltestation verbunden, wobei die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung derart mit dem vierten Stellelement in Steuerverbindung steht, dass das vierte Stellelement in der Sperrsteilung angeordnet ist, wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird, und dass das vierte Stellelement in der Durchlassstellung angeordnet ist, wenn der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird. Durch diese Maßnahme kann zusätzlich zur Druckabsenkung über die Solareinlassleitung der Druck im Kollektor auch noch vordem dritten Stellelement über die Solarauslassleitung zur Druckhaltevorrichtung hin abgeleitet werden. Dies führt dazu, dass der Wärmeträger aus dem Kollektor im Stagnations-Betriebszustand in beide Richtungen abströmen kann, wodurch die Stagnationsübergangszeit, während der Wärmeträgersieden auftritt, noch kürzer wird.

Vorteilhaft ist, wenn die Druckhaiteeinrichtung über eine Verbindungsleitung mit dem Solarkreislauf verbunden ist, und wenn in der Verbindungsleitung ein von dem aus dem im Stagnations-Betriebszustand aus dem Kollektor verdrängten Wärmeträger durchströmbarer Wärmetauscher und/oder Wärmeaustauschbehälter angeordnet ist. Hierdurch kann dem aus dem Kollektor ausströmenden Wärmeträger zwischen dem Kollektor und der Druckhaiteeinrichtung noch Wärme entzogen werden, bevor der Wärmeträger die Druckhaiteeinrichtung erreicht. Das kann notwendig sein, um die Druckhaiteeinrichtung vor zu hohen Temperaturen zu schützen oder weil verdampfter Wärmeträger erst wieder kondensieren muss, um von Vorratsgefäßen der Druckhaiteeinrichtung aufgenommen werden zu können.

Die Wärme kann dem ausströmenden Wärmeträger mit einem Wärmetauscher und/oder mit einem Wärmeaustauschbehälter entzogen werden. Dabei wird flüssiger Wärmeträger abgekühlt und verdampfter Wärmeträger erst kondensiert und dann abgekühlt. Die dabei anfallende Wärme kann beispielsweise an die Umwelt abgeführt werden.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist der Wärmetauscher eine mit dem Wärmeträger befüllte erste Innenhöhlung auf, die derart mit der Verbindungsleitung verbunden ist, dass die erste Innenhöhlung beim Auftreten des Stagnations-Betriebszustands von aus dem Kollektor verdrängtem Wärmeträger durchströmbar ist, wobei der Wärmetauscher eine mit einem Wärmeträger befüllte zweite Innenhöhlung aufweist, die wärmeleitend mit der ersten Innenhöhlung verbunden und hydraulisch von dieser getrennt ist, und wobei die zweite Innenhöhlung zur Übertragung von Wärme an den Wärmeabnehmer mit dem Wärmeabnehmer in einen ersten Wärmeträgerkreislauf geschaltet ist. Dadurch kann die in dem im Stagnations-Betriebszustand aus dem Kollektor verdrängte Wärmeträger enthaltene Wärmeenergie für den Wärmeabnehmer nutzbar gemacht werden, bevor der Wärmeträger in der Druckhaiteeinrichtung zwischengespeichert wird.

Gegebenenfalls ist es sogar möglich, dass der Wärmeaustauschbehälter mit dem Wärmeabnehmer über einen zweiten Wärmeträgerkreislauf verbunden ist. Auch durch diese Maßnahme kann die in dem im Stagnations-Betriebszustand aus dem Kollektor verdrängten Wärmeträger enthaltene Wärmeenergie an den Wärmeabnehmer abgegeben werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Druckhaiteeinrichtung mindestens einen Wärmeträgervorratsbehälter, Stellmittel zum Einstellen des Drucks im Wärmeträgervorratsbehälter, mindestens einen Drucksensor zur Messung des Drucks im Wärmeträger und einen einstellbaren Drucksollwertgeber auf, wobei die Stellmittel mit dem mindestens einen Drucksensor und dem Drucksollwertgeber in einen Druckregelkreis geschaltet sind. Dadurch ist es möglich, mit derselben Druckhaiteeinrichtung den Druck im Kollektor auf den ersten Solldruck einzustellen, wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird und den Druck im Kollektor auf den zweiten Solldruck einzustellen bzw. abzusenken, wenn der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird. Hierfür wird nur ein einziger Wärmeträgervorratsbehälter und ein einziges Stellmittel benötigt.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist das Stellmittel zum Einstellen des Drucks eine Pumpe und ein dazu parallel geschaltetes Bypassventil auf, die mit dem Wärmeträgervorratsbehälter in Reihe geschaltet sind. Dies ermöglicht eine einfach aufgebaute, robuste Druckhaiteeinrichtung, in auch für große Wärmeträgermengen geeignet ist. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar. So kann die Druckhaiteeinrichtung auch als Membranausdehnungsgefäß oder als automatische Kompressordruckhaltung ausgeführt sein, deren Vorratsgefäß den Wärmeträger aus dem Kollektor aufnimmt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Druckhaiteeinrichtung einen Wärmeträgervorratsbehälter auf, der in einer vorbestimmten Höhe relativ zum Kollektor angeordnet ist, welche derart gewählt ist, dass der Druck im Kollektor dem zweiten Solldruck entspricht, wenn der Wärmeträgervorratsbehälter mit dem Kollektor verbunden ist. In diesem Fall wird der zweite Solldruck durch den statischen Druck im Wärmeträger erzeugt, was einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau der Druckhaiteeinrichtung ermöglicht.

Der Wärmeträgervorratsbehälter kann ein offenes Ausgleichsgefäß sein. Dabei ist es sogar möglich, dass es sich bei dem zweiten Solldruck, der während der Stagnation im Kollektor vorliegt, um den atmosphärischen Druck der Umgebung handelt. Wenn der Wärmeträgervorratsbehälter in einer bestimmten Höhe über dem Boden angeordnet ist, addiert sich zum Atmosphärendruck der dieser Höhe entsprechende statische Druck des flüssigen Wärmeträgers. Eine ebenfalls mögliche Ausführung besteht darin, im Stagnations-Betriebszustand mit einer Pumpe einen Unterdrück auf den Kollektor auszuüben, um das Verdampfen des Wärmeträgers zu beschleunigen. Der zweite Solldruck kann als auch kleiner sein als der Atmosphärendruck.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung mindestens einen ersten Temperatursensor am Kollektorauslass und/oder mindestens einen zweiten Temperatursensor am Wärmeabnehmer und/oder mindestens einen dritten Temperatursensor an der Solarauslassleitung auf. In der Betriebszustands-Erfassungseinrichtung kann für die Messsignale der einzelnen Temperatursensoren jeweils ein Grenzwert hinterlegt sein, der in der Betriebszustands-Erfassungseinrichtung jeweils mit dem ihm zugeordneten Messsignal verglichen wird. Wenn mindestens ein Messsignal den ihm zugeordneten Grenzwert für eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet, wird der Stagnations-Betriebszustand detektiert. Bei Bedarf kann auch die Änderungsgeschwindigkeit der Messsignale berücksichtigt werden. So kann beispielsweise für den Fall, dass mindestens ein Messsignal ansteigt und sich dabei schnell auf den ihm zugeordneten Grenzwert zubewegt, der Stagnations-Betriebszustand schon detektiert werden, bevor das Messsignal den Grenzwert erreicht.

Weil die Solaranlage geschlossen ist, enthält sie eine stets unveränderliche Menge an Wärmeträger. Um die Balance zwischen der Menge Wärmeträger, die sich in den Vorratsbehältern der beiden Druckhaltestationen befindet, aufrecht zu erhalten, können die beiden Druckhaltestationen durch eine Wärmeträgerausgleichsvorrichtung hydraulisch miteinander verbunden sein. Diese hält den Vorratsbehälter der Druckhaiteeinrichtung für die Druckabsenkung auf einem Mindestniveau, solange kein Stagnations-Betriebszustand herrscht, und verhindert im Stagnationsbetriebszustand, dass der Vorratsbehälter zu voll wird. Alternativ zu einer solchen Wärmeträgerausgleichsvorrichtung kann die Druckhaltevorrichtung, solange nicht der Stagnations-Betriebszustand eintritt, auf einen höheren Druck als den Betriebsdruck des Wärmeabnehmers wechseln und dadurch den Vorratsbehälter der Druckhaiteeinrichtung auf seinem Mindestniveau aufrecht erhalten.

Erwähnt werden soll noch, dass der Wärmeabnehmer einen Wärmetauscher, mindestens einen Wärmespeicher, eine hydraulische Weiche, einen Wärmeverteiler und/oder ein Wärmenetz aufweisen kann. Wenn der Wärmeabnehmer ein Wärmetauscher hat, der die Solaranlage vom Rest der Anlage hydraulisch trennt, dann ist keine Wärmeträgerausgleichsvorrichtung notwendig, weil dann kein Wärmeträgeraustausch zwischen den Druckhaiteeinrichtungen stattfindet.

Vorteilhaft ist, wenn für den Wärmeentzug möglichst wenige zusätzliche Aggregate notwendig sind. Wenn der Wärmeträger immer durch einen Wärmetauscher hindurch ausströmt, erübrigt es sich, ihn hindurch pumpen zu müssen, weil auf diese Weise die Dampfbildung im Kollektor nebenbei als Antrieb zum Betrieb des Wärmetauschers dient. Wenn zudem dieselbe Pumpe, die sonst die Wärme bei Bedarf aus dem Kollektor in den Wärmeabnehmer fördert, während des Wärmeträgersiedens im Kollektor die Wärme des ausströmenden Wärmeträgers aus dem Wärmetauscher in den Wärmeabnehmer fördert, dann erübrigt sich auch dafür eine zusätzliche Pumpe.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Solaranlage, die eine Druckhaiteeinrichtung aufweist, mit der während eines Stagnations-Betriebszustands ein niedrigerer Wärmeträger-Druck an den Solar-Kollektor angelegt wird als im Nicht-Stagnations-Betriebszustand,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Solaranlage, bei dem die Druckhaiteeinrichtung zwei Druckhaltestation aufweist, die unterschiedliche Solldrücke erzeugen,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Solaranlage, wobei jedoch eine Druckhaltestation einen Wärmeträgervorratsbehälter aufweist, der in einer vorbestimmten Flöhe über dem Kollektor angeordnet ist, und

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild ähnlich Fig. 2, das jedoch zusätzliche Wärmetauscher zur Abkühlung von im Stagnations-Betriebszustand aus dem Kollektor verdrängtem Wärmeträger aufweist.

Eine in Fig. 1 im Ganzen mit 1 bezeichnete Solaranlage weist einen thermischen Kollektor 2 mit einem Kollektoreinlass 3 und einem Kollektorauslass 4 für einen flüssigen Wärmeträger, wie z.B. Wasser auf. Die Solaranlage 1 hat außerdem einen in der Zeichnung nur schematisch dargestellten Wärmeabnehmer 5 oder Wärmeverbraucher, der eine Einlassöffnung 6 und einer Auslassöffnung 7 für den Wärmeträger hat.

Der Kollektorauslass 4 ist zur Bildung eines geschlossenen Solarkreislaufs über eine Solarauslassleitung 9 mit der Einlassöffnung 6 und die Auslassöffnung 7 über eine Solareinlassleitung 8 mit dem Kollektoreinlass 3 verbunden. Zum Umwälzen des Wärmeträgers in dem Solarkreislauf ist in der Solarauslassleitung 9 eine Solarpumpe 10 angeordnet.

Die Solaranlage 1 hat außerdem eine Druckhaiteeinrichtung 11 für den Wärmeträger, die über eine Verbindungsleitung 12 mit einem Abschnitt der Solareinlassleitung 8 verbunden ist, der sich in Förderrichtung 13 des Wärmeträgers bzw. in Förderrichtung 13 der Solarpumpe 10 von der Auslassöffnung 7 zum Einlass der Solarpumpe 10 erstreckt.

Die Druckhaiteeinrichtung 11 hat mindestens einen geschlossenen Wärmeträgervorratsbehälter 14, der bis auf ein darin angeordnetes Gaspolster mit dem Wärmeträger befüllt ist. Die Druckhaiteeinrichtung 11 weist ferner eine Einstelleinrichtung auf, mittels welcher der Betriebsdruck im Wärmeträgervorratsbehälter 14 auf einen ersten Solldruck und einen im Vergleich dazu niedrigeren zweiten Solldruck einstellbar ist. Als Stellmittel zum Einstellen des Drucks im Wärmeträgervorratsbehälter 14 hat die Einstelleinrichtung eine Pumpe 15 und ein dazu parallel geschaltetes Bypassventil 16. Die aus der Pumpe 15 und dem Bypassventil 16 gebildete Parallelschaltung ist zwischen dem Solarkreislaufund dem Wärmeträgervorratsbehälter 14 mit diesem in Reihe geschaltet. Die Förderrichtung der Pumpe 15 verläuft vom Wärmeträgervorratsbehälter 14 und zum Solarkreis hin.

Zur Messung des Drucks im Wärmeträger hat die Druckhaiteeinrichtung 11 einen Drucksensor 17, der an der Verbindungsleitung 12 angeordnet ist. Außerdem weist die Druckhaiteeinrichtung 11 einen einstellbaren Drucksollwertgeber auf, der in ein Steuer- und Regelgerät 18 integriert ist, das mit dem Drucksensor 17, der zweiten Pumpe 15 und dem Bypassventil 16 verbunden ist. Das Steuer- und Regelgerät 18 hat einen Datenspeicher, in dem ein erster Solldruck und ein im Vergleich dazu niedrigerer zweiter Solldruck abgelegt sind, die wähl- oder wechselweise aus dem Datenspeicher abrufbar und an einen Sollwerteingang eines Druckregelkreises anlegbar sind. In dem Druckregelkreis sind die zweite Pumpe 15, das Bypassventil 16, der Drucksensor 17, der Drucksollwertgeber und ein in das Steuer- und Regelgerät 18 integrierter Regler angeordnet.

Die Solaranlage 1 weist ferner eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung auf, mittels der ein Stagnations-Betriebszustand der Solaranlage 1 detektierbar ist, bei dem der Wärmeträger im Kollektor 2 verdampft, verdampft ist und/oder die Gefahr eines Verdampfens des Wärmeträgers gegeben ist. Die Betriebszustands-

Erfassungseinrichtung hat ein Betriebsprogramm, das in einem Programmspeicher des Steuer- und Regelgerät 18 abgelegt ist. Zur Erfassung des Stagnations-Betriebszustands ist das Steuer- und Regelgerät 18 über in der Zeichnung nur schematisch angedeutete elektrische Leitungen mit Temperatursensoren 19A, 19B, 19C verbunden sind, mittels denen die Temperatur des Wärmeträgers am Kollektorauslass 4 und/oder an der Einlassöffnung 6 des Wärmeabnehmers 5 und/oder an der Solareinlassleitung 8 messbar ist.

In dem Steuer- und Regelgerät 18 werden die Messsignale der Temperatursensoren 19A, 19B, 19C jeweils mit einem dem betreffenden Temperatursensor 19A, 19B, 19C zugeordneten, in dem Datenspeicher des Steuer-und Regelgeräts 18 abgelegten Grenzwert verglichen. Wenn mindestens ein Messsignal den ihm zugeordneten Grenzwert überschreitet, wird der Stagnations-Betriebszustand detektiert.

Die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung steht derart mit dem Drucksollwertgeber in Steuerverbindung, dass der Druck im Wärmeträgervorratsbehälter 14 auf den ersten Solldruck geregelt wird, wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird. In diesem Fall ist die Solarpumpe 10 eingeschaltet, d.h. der Wärmeträger wird im Solarkreis umgewälzt. Zum Ein- und Ausschalten der Solarpumpe 10 steht das Steuer- und Regelgerät 18 mit der Solarpumpe 10 in Steuerverbindung.

Wenn der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird, wird der Druck im Wärmeträgervorratsbehälter 14 auf den zweiten Solldruck geregelt. Da die Druckhaiteeinrichtung 11 mit dem Kollektor verbunden ist, wird durch diese Maßnahme auch der Druck im Kollektor abgesenkt. Während des Stagnations-Betriebszustands ist die Solarpumpe 10 ausgeschaltet.

Beim Verdampfen von im Kollektor 2 befindlichem Wärmeträger wird über die Solareinlassleitung 8 flüssiger Wärmeträger aus dem Kollektor 2 zu der Druckhaiteeinrichtung 15 hin verdrängt, so dass der Kollektor 2 entleert wird. Durch die Absenkung des Drucks im Kollektor wird das Entleeren des Kollektors 2 beschleunigt. Beim Kondensieren des Wärmeträgers im Kollektor wird flüssiger Wärmeträger aus der Druckhaiteeinrichtung 11 zurück in den Kollektor 2 verdrängt, um den Kollektor 2 wieder zu befüllen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Druckhaiteeinrichtung 11 zur Einstellung des ersten Solldrucks eine erste Druckhaltestation 20A und zur Einstellung des zweiten Solldrucks eine zweite Druckhaltestation 20B. Die erste Druckhaltestation 20A ist über eine erste Verbindungsleitung 12A an dem Wärmeabnehmer 5 mit dem Solarkreislauf verbunden. Die erste Druckhaltestation 20A hat mindestens einen geschlossenen ersten Wärmeträgervorratsbehälter 14A, der bis auf ein darin angeordnetes Gaspolster mit dem Wärmeträger befüllt ist. Als Stellmittel zum Einstellen des Drucks im ersten Wärmeträgervorratsbehälter 14A weist die erste Druckhaltestation 20A eine erste Pumpe 15A und ein dazu parallel geschaltetes erstes Bypassventil 16A auf, die zwischen der ersten Verbindungsleitung 12A und dem ersten Wärmeträgervorratsbehälter 14A mit diesem in Reihe geschaltet sind. Die Förderrichtung der ersten Pumpe 15A verläuft vom ersten Wärmeträgervorratsbehälter 14A und zum Solarkreis hin.

Zur Messung des Drucks im Wärmeträger hat die erste Druckhaltestation 20A einen ersten Drucksensor 17A, der an der ersten Verbindungsleitung 12A angeordnet ist. Außerdem weist die erste Druckhaltestation 20A einen einstellbaren ersten Drucksollwertgeber auf, der in ein Steuer- und Regelgerät 18 integriert ist, das mit dem ersten Drucksensor 17A, der ersten Pumpe 15A und dem ersten Bypassventil 16A verbunden ist. Das Steuer- und Regelgerät 18 hat einen Datenspeicher, in dem ein erster Solldruck abgelegt ist. Die erste Pumpe 15A, das erste Bypassventil 16A, der erste Drucksensor 17A und der erste Drucksollwertgeber sind in einen ersten Druckregelkreis geschaltet. Dieser hat einen in das Steuer- und Regelgerät 18 integrierten ersten Regler.

Die zweite Druckhaltestation 20B ist über eine zweite Verbindungsleitung 12B mit einem Abschnitt der Solareinlassleitung verbunden, der sich ausgehend vom Auslass der Solarpumpe 10 in Förderrichtung 13 bis zum Kollektoreinlass 3 erstreckt. Die zweite Druckhaltestation 20B hat mindestens einen geschlossenen zweiten Wärmeträgervorratsbehälter 14B, der bis auf ein darin angeordnetes Gaspolster mit dem Wärmeträger befüllt ist. Als Stellmittel zum Einstellen des Drucks im zweiten Wärmeträgervorratsbehälter 14B weist die zweite Druckhaltestation 20B eine zweite Pumpe 15B und ein dazu parallel geschaltetes zweites Bypassventil 16B auf, die zwischen der zweiten Verbindungsleitung 12B und dem zweiten Wärmeträgervorratsbehälter 14B mit diesem in Reihe geschaltet sind. Die Förderrichtung der zweiten Pumpe 15B verläuft vom zweiten Wärmeträgervorratsbehälter 14B und zum Solarkreis hin.

Zur Messung des Drucks im Wärmeträger hat die zweite Druckhaltestation 20B einen zweiten Drucksensor 17B, der an der zweiten Verbindungsleitung 12B angeordnet ist. Außerdem weist die zweite Druckhaltestation 20B einen einstellbaren zweiten Drucksollwertgeber auf, der in das Steuer- und Regelgerät 18 integriert ist. Dieses ist mit dem zweiten Drucksensor 17B, der zweiten Pumpe 15B und dem zweiten Bypassventil 16B verbunden. Im Datenspeicher des Steuer- und Regelgeräts 18 ist ein zweiter Solldruck abgelegt, der geringer ist als der erste Solldruck. Die zweite Pumpe 15B, das zweite Bypassventil 16B, der zweite Drucksensor 17B und der zweite Drucksollwertgeber sind in einen zweiten Druckregelkreis geschaltet. Dieser hat einen in das Steuer- und Regelgerät 18 integrierten zweiten Regler.

Bei dem in Fig. 2 abgebildeten Ausführungsbeispiel hat die Einstelleinrichtung der Druckhaiteeinrichtung mindestens drei als Ventile ausgestaltete Stellelemente 21, 22, 23, die jeweils in eine Durchlass- und eine Sperrsteilung verstellbar sind. Ein in der zweiten Verbindungsleitung 12B angeordnetes erstes Stellelement 21 dient zum Verbinden des Kollektoreinlasses 3 mit der zweiten Druckhaltestation 20B. Ein zweites Stellelement 22 ist in der Solareinlassleitung 8 zwischen dem Auslass der Solarpumpe 10 und der Stelle, an der die Solareinlassleitung 8 mit der zweiten Verbindungsleitung 12B verbunden ist, angeordnet. Ein drittes Stellelement 23 ist in der Solarauslassleitung 9 zwischen dem Kollektorauslass 4 und der Einlassöffnung 6 des Wärmeabnehmers 5 angeordnet.

Die Solaranlage 1 gemäß Fig. 2 weist ferner eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung auf, die der Betriebszustandserfassungseinrichtung aus Fig. 1 entspricht.

Die Stellelemente 21,22, 23 stehen derart mit der Betriebszustands-Erfassungseinrichtung in Steuerverbindung, dass das erste Stellelement 21 in der Sperrsteilung und das zweite und dritte Stellelement 22, 23 in der Durchlassstellung angeordnet sind, wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird. Der gesamte Solarkreis einschließlich des Kollektors 2 ist dann mit der ersten Druckhaltestation 20A verbunden und von der zweiten Druckhaltestation 20B getrennt. Dies entspricht dem Produktionsbetrieb der Solaranlage 1. Während des Produktionsbetrieb ist die Solarpumpe 10 eingeschaltet. Zum Ein- und Ausschalten der Solarpumpe 10 steht das Steuer- und Regelgerät 18 mit der Solarpumpe 10 in Steuerverbindung. Während der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird, ist das erste Stellelement 21 in der Durchlassstellung und das zweite und dritte Stellelement 22, 23 sind in der Sperrsteilung angeordnet. Der Kollektor 2 ist dann mit der zweiten Druckhaltestation 20B verbunden und von der ersten Druckhaltestation 20A getrennt, d.h. der Druck im Kollektor ist gegenüber dem Produktionsbetrieb reduziert. Wenn im Stagnations-Betriebszustand im Kollektor 2 Wärmeträger verdampft, wird im Kollektor 2 befindlicher flüssiger Wärmeträger durch den Kollektoreinlass 3 hindurch aus dem Kollektor 2 in den zweiten Wärmeträgervorratsbehälter 14B verdrängt bzw. transportiert. Während des Stagnations-Betriebszustands ist die erste Druckhaltestation 20A mit dem Wärmeabnehmer 5 verbunden, d.h. der Druck im Wärmeabnehmer 5 ist der gleiche wie im Produktionsbetrieb. Während des Stagnations-Betriebszustands ist die Solarpumpe 10 ausgeschaltet.

Wie in Fig. 2 weiter erkennbar ist, kann der Kollektorauslass 4 bei Bedarf über eine weitere Leitung 24, in der ein viertes, ebenfalls als Ventil ausgestaltetes Stellelement 25 angeordnet ist, mit der zweiten Druckhaltestation 20B verbunden sein. Die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung steht dabei derart mit dem vierten Stellelement 25 in Steuerverbindung, dass das vierte Stellelement 25 in der Sperrsteilung angeordnet ist, wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird. Während des Stagnations-Betriebszustands befindet sich das vierte Stellelement 25 in der Durchlassstellung, so dass beim Verdampfen des Wärmeträgers im Kollektor 2 in diesem noch befindlicher flüssiger Wärmeträger auch über die Solarauslassleitung 9 und die Leitung 24 in den zweiten Wärmeträgervorratsbehälter 14B strömen kann.

In der zweiten Verbindungsleitung 12B ist ein Wärmeaustauschbehälter 26 angeordnet, der mit einem Wärmeträgervorrat befüllt ist, der ein niedrigeres Temperaturniveau hat als der Wärmeträger im Kollektor 2. Beim Auftreten der Stagnation durchströmt der vom Kollektor 2 zum zweiten Wärmeträgervorratsbehälter 14B fließende flüssige Wärmeträger den Wärmeaustauschbehälter 26, wobei sich der vom Kollektor 2 kommende Wärmeträger mit dem Wärmeträgervorrat vermischt und abkühlt.

Die weitere Leitung 24 ist über den Wärmeaustauschbehälter 26 mit dem zweiten Wärmeträgervorratsbehälter 14B verbunden. Falls beim Auftreten der Stagnation auch über die weitere Leitung 24 flüssiger Wärmeträger vom Kollektor 2 zum zweiten Wärmeträgervorratsbehälter 14B fließen sollte, wird dieser Wärmeträger ebenfalls durch den Wärmeaustauschbehälter 26 geleitet, bevor er zum zweiten Wärmeträgervorratsbehälter 14B gelangt.

Wie in Fig. 2 ist zu sehen, dass die zweite Druckhaltestation 20B über eine Wärmeträgerausgleichsvorrichtung 27 hydraulisch mit der ersten Druckhaltestation 20A verbunden ist. Die Wärmeträgerausgleichsvorrichtung 27 weist eine Reihenschaltung, bestehend aus einer dritten Pumpe 28 und einem Rückschlagventil 29 auf. Die Förderrichtung der dritten Pumpe 28 und die Durchlassrichtung des Rückschlagventils 29 sind derart angeordnet, dass der Wärmeträger über Wärmeträgerausgleichsvorrichtung 27 nur vom zweiten Wärmeträgervorratsbehälter 14B zum ersten zweiter Wärmeträgervorratsbehälter 14A fließen kann, also vom niedrigeren zum höheren Druckniveau.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, dass die zweite Druckhaltestation 20B durch einen Wärmeträgervorratsbehälter 14B’ gebildet ist, der derart ausgestaltet ist, dass der darin befindliche Wärmeträger mit dem Atmosphärendruck beaufschlagt wird. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Wärmeträger im Wärmeträgervorratsbehälter 14B‘ direkt oder indirekt über eine elastische Membran die Atmosphäre kontaktiert. Die Höhe, in welcher der Wärmeträgervorratsbehälter 14B‘ relativ zum Kollektor 2 angeordnet ist, ist derart gewählt, dass der Druck im Kollektor 2 dem zweiten Solldruck entspricht, wenn der zweite Wärmeträgervorratsbehälter 14B‘ mit dem Kollektor 2 verbunden ist.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, dass zwischen der Solareinlassleitung 8 und dem Wärmeaustauschbehälter 26 ein erster Wärmetauscher 30 in der zweiten Verbindungsleitung 12B angeordnet ist. Der erste Wärmetauscher 30 ist über eine erste Wärmetauscher-Einlassleitung 31 mit einem Abschnitt der Solareinlassleitung 8 verbunden, der sich vom Auslass der Solarpumpe 10 in Förderrichtung 13 der Solarpumpe 10 zum zweiten Stellelement 22 erstreckt. In der ersten Wärmetauscher-Einlassleitung 31 ist ein fünftes Stellelement 32 angeordnet, dass derart mit dem Steuer- und Regelgerät 18 in Steuerverbindung steht, dass das fünftes Stellelement 32 in der Offenstellung angeordnet ist, wenn der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird. Wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird, befindet sich das fünftes Stellelement 32 in der Sperrsteilung. Außerdem ist der erste Wärmetauscher 30 ist über eine erste Wärmetauscher-Auslassleitung 33 mit einem Abschnitt der Solarauslassleitung 9 verbunden, der sich vom dritten Stellelement 23 in Förderrichtung 13 der Solarpumpe 10 zur Einlassöffnung 6 des Wärmeabnehmers 5 erstreckt. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Solarpumpe 10 auch während des Stagnations-Betriebszustand eingeschaltet, um den Wärmeträger durch einen ersten Wärmeträgerkreislaufzu pumpen, in dem der erste Wärmetauscher 30, der Wärmeabnehmer 5 und das fünfte Stellelement 32 in Reihe geschaltet sind.

Bei Bedarf kann die Solaranlage 1 zusätzlich zu dem ersten Wärmetauscher 30 oder alternativ zu diesem einen zweiten Wärmetauscher 33 und eine damit in Reihe geschaltete vierte Pumpe 35 aufweisen.

Der zweite Wärmetauscher 34 ist über eine zweite Wärmetauscher-Einlassleitung 36 mit einem Abschnitt der Solareinlassleitung 8 verbunden, der sich vom Auslass der Solarpumpe 10 in Förderrichtung 13 der Solarpumpe 10 zum zweiten Stellelement 22 erstreckt. Außerdem ist der zweite Wärmetauscher 34 ist über eine zweite Wärmetauscher-Auslassleitung 37 mit einem Abschnitt der Solarauslassleitung 9 verbunden, der sich vom dritten Stellelement 23 in Förderrichtung 13 der Solarpumpe 10 zur Einlassöffnung 6 des Wärmeabnehmers 5 erstreckt. Die vierte Pumpe 35 steht derart mit dem Steuer- und Regelgerät 18 in Steuerverbindung steht, dass sie eingeschaltet ist, wenn der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird. Dabei pumpt die vierte Pumpe 35 den Wärmeträger durch einen zweiten Wärmeträgerkreislauf, in dem der zweite Wärmetauscher 34, der Wärmeabnehmer 5 und der Wärmeaustauschbehälter 26 in Reihe geschaltet sind. Wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird, ist die vierte Pumpe 35 ausgeschaltet.

Claims (14)

1. Patentansprüche

   1. Solaranlage (1), die mindestens einen thermischen Kollektor (2) mit einem Kollektoreinlass (3) und einem Kollektorauslass (4) für einen flüssigen Wärmeträger, einen Wärmeabnehmer (5) und eine Solarpumpe (10) zum Umwälzen des Wärmeträgers aufweist, die zur Bildung eines geschlossenen Solarkreislaufs über eine Solareinlassleitung (8) und eine Solarauslassleitung (9) miteinander verbunden sind, sowie mit einer Druckhaiteeinrichtung (11) für den Wärmeträger, die derart mit dem Kollektor (2) verbunden oder verbindbar ist, dass beim Verdampfen von im Kollektor (2) befindlichem Wärmeträger flüssiger Wärmeträger aus dem Kollektor (2) zu der Druckhaiteeinrichtung (11) hin verdrängt und beim Kondensieren des Wärmeträgers im Kollektor flüssiger Wärmeträger aus der Druckhaiteeinrichtung (11) zurück in den Kollektor verdrängt wird, wobei die Solaranlage (1) eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung mit Sensoren (19A, 19B, 19C) zum Detektieren eines Stagnations-Betriebszustands aufweist, bei dem der Wärmeträger im Kollektor (2) verdampft, verdampft ist oder die Möglichkeit eines Verdampfens des Wärmeträgers gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhaiteeinrichtung (11) eine Einstelleinrichtung aufweist, mittels welcher der Betriebsdruck im Kollektor (2) auf einen ersten Solldruck und einen niedrigeren zweiten Solldruck einstellbar ist, und dass die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung derart mit der Einstelleinrichtung in Steuerverbindung steht, dass der erste Solldruck zur Anwendung kommt, wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird und der zweite, niedrigere Solldruck zur Anwendung kommt, wenn der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird.
2. 2. Solaranlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhaiteeinrichtung (11) zur Einstellung des ersten Solldrucks eine erste Druckhaltestation (20A) und zur Einstellung des zweiten Solldrucks eine zweite Druckhaltestation (20B) umfasst, dass die Einstelleinrichtung ein erstes, ein zweites und ein drittes, jeweils in eine Durchlass- und eine Sperrsteilung verstellbares Stellelement (21,22, 23) aufweist, dass der Kollektoreinlass (3) über das erste Stellelement (21) mit der zweiten Druckhaltestation (20B) verbindbar ist, dass das zweite Stellelement (22) in der Solareinlassleitung (8) zwischen dem Auslass der Solarpumpe (10) und dem Kollektoreinlass (3) angeordnet ist, dass das dritte Stellelement (23) in der Solarauslassleitung (9) zwischen dem Kollektorauslass (4) und einer Einlassöffnung (6) des Wärmeabnehmers (5) angeordnet ist, dass die erste Druckhaltestation (11) mit einem Abschnitt des Solarkreislaufs verbunden ist, der sich vom dritten Stellelement (23) in Förderrichtung (13) des Wärmeträgers bis zum zweiten Stellelement (22) erstreckt und den Wärmeabnehmer (5) beinhaltet, und dass die Stellelemente (21,22, 23) derart mit der Betriebszustands-Erfassungseinrichtung in Steuerverbindung stehen, dass das erste Stellelement (21) in der Sperrsteilung und das zweite und dritte Stellelement (22, 23) in der Durchlassstellung angeordnet sind, wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird, und dass das erste Stellelement (21) in der Durchlassstellung und das zweite und dritte Stellelement (22, 23) in der Sperrsteilung angeordnet sind, wenn der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird.
3. 3. Solaranlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarauslassleitung (9) über eine Leitung (24), in der ein viertes, in eine Durchlass-und eine Sperrsteilung verstellbares Stellelement (25) angeordnet ist, mit der zweiten Druckhaltestation (20B) verbunden ist, und dass die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung derart mit dem vierten Stellelement (25) in Steuerverbindung steht, dass das vierte Stellelement (25) in der Sperrsteilung angeordnet ist, wenn der Stagnations-Betriebszustand nicht detektiert wird, und dass das vierte Stellelement (25) in der Durchlassstellung angeordnet ist, wenn der Stagnations-Betriebszustand detektiert wird.
4. 4. Solaranlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhaiteeinrichtung (11) über eine Verbindungsleitung (12, 12B) mit dem Solarkreislauf verbunden ist, und dass in der Verbindungsleitung (12, 12B) ein von dem im Stagnations-Betriebszustand aus dem Kollektor (2) verdrängten Wärmeträger durchströmbarer Wärmetauscher (30) und/oder ein Wärmeaustauschbehälter (26) angeordnet ist.
5. 5. Solaranlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (30) eine mit dem Wärmeträger befüllte erste Innenhöhlung aufweist, die derart mit der Verbindungsleitung (12, 12B) verbunden ist, dass die erste Innenhöhlung beim Auftreten des Stagnations-Betriebszustands von aus dem Kollektor (2) verdrängtem Wärmeträger durchströmbar ist, dass der Wärmetauscher (30) eine mit einem Wärmeträger befüllte zweite Innenhöhlung aufweist, die wärmeleitend mit der ersten Innenhöhlung verbunden und hydraulisch von dieser getrennt ist, und dass die zweite Innenhöhlung zur Übertragung von Wärme an den Wärmeabnehmer (5) mit dem Wärmeabnehmer (5) in einen ersten Wärmeträgerkreislauf geschaltet ist.
6. 6. Solaranlage (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauschbehälter (26) mit dem Wärmeabnehmer (5) über einen zweiten Wärmeträgerkreislauf verbunden ist.
7. 7. Solaranlage (1) nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhaiteeinrichtung (11) mindestens einen Wärmeträgervorratsbehälter (14A, 14B), Stellmittel (15A, 15B, 16A, 16B) zum Einstellen des Drucks im Wärmeträgervorratsbehälter (14A, 14B), mindestens einen Drucksensor (17A, 17B) zur Messung des Drucks im Wärmeträger und einen einstellbaren Drucksollwertgeber aufweist, und dass die Stellmittel mit dem mindestens einen Drucksensor (17A, 17B) und dem Drucksollwertgeber in einen Druckregelkreis geschaltet sind.
8. 8. Solaranlage (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel zum Einstellen des Drucks eine Pumpe (15A, 15B) und ein dazu parallel geschaltetes Bypassventil (16A, 16B) aufweisen, die mit dem Wärmeträgervorratsbehälter (14A, 14B) in Reihe geschaltet sind.
9. 9. Solaranlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhaiteeinrichtung (11) einen Wärmeträgervorratsbehälter (14B) aufweist, der in einer vorbestimmten Höhe relativ zum Kollektor (2) angeordnet ist, welche derart gewählt ist, dass der Druck im Kollektor (2) dem zweiten Solldruck entspricht, wenn der Wärmeträgervorratsbehälter (14B) mit dem Kollektor (2) verbunden ist.
10. 10. Solaranlage (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgervorratsbehälter (14B) ein offenes Ausgleichsgefäß ist.
11. 11. Solaranlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabnehmer (5) einen Wärmetauscher, mindestens einen Wärmespeicher, eine hydraulische Weiche, einen Wärmeverteiler und/oder ein Wärmenetz aufweist.
12. 12. Solaranlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung mindestens einen Temperatursensor am Kollektorauslass (19A) und/oder mindestens einen zweiten Temperatursensor (19B) am Wärmeabnehmer (5) und/oder mindestens einen dritten Temperatursensor (19C) an der Solarauslassleitung (9) aufweist.
13. 13. Solaranlage (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckhaltestation (20B) über eine Wärmeträgerausgleichsvorrichtung (27) hydraulisch mit der ersten Druckhaltestation (20A) verbunden ist.
14. 14. Solaranlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der niedrigere zweite Solldruck ein Unterdrück ist, der geringer ist als der atmosphärische Umgebungsdruck.