Mehr als heiße Luft

Die Vakuumröhre und ihre Vorteile

Durch die guten Isoliereigenschaften des Vakuums arbeiten die Solarluftkollektoren sehr effektiv, denn es wird nur sehr wenig Wärme wieder an die Umgebung abgegeben. Die Vakuumröhre lässt sich außen bei angenehmen 45 °C anfassen, während im Inneren Temperaturen bis ca. 230 °C herrschen. Diese besondere Eigenschaft ist im Winter von Vorteil. Wenn die Außentemperaturen sehr tief sind, können aufgrund der guten Isolierung im Inneren des „Sun-Storm“-Kollektors dennoch Temperaturen über 100 °C erreicht werden. Über eine dünne Aluminium-Injektionsröhre wird kalte Luft eingeleitet, die sich im Innern der „Thermoskanne“ an den Absorberflächen erwärmt. Dadurch ist ein sicherer und hocheffizienter Wärmetransport gewährleistet. Dies ist in unterschiedlichen Anwendungen von Vorteil z. B. bei Prozessen, die direkt warme Luft benötigen. Dazu zählen beispielsweise die Luftvorwärmungen bei kontrollierten Lüftungsanlagen, die Luftheizung z. B. in Industriehallen, Sporthallen, Freizeitparks, die Warmlufterzeugung für Saunen oder Lackierereien sowie zahlreiche industrielle Trocknungsprozesse oder solare Kühlungssysteme mit offenen Lüftungskreisen.

Der „Sun-Storm“-Kollektor kann außerdem gekoppelt mit einem Luft-Wasser-Wärmeübertrager Flüssigkeiten bis über 120 °C erwärmen (Bild 2), eignet sich also auch für eine Brauchwassererwärmung mit Heizungsunterstützung. Dass der „Sun-Storm“-Kollektor in vielen Programmen wie z. B. dem KfW-Programm „Erneuerbare Energien“ und dem Marktanreizprogramm vom Bund (BAFA) förderfähig ist, ist ein weiteres Argument für den Einsatz. Unterschiedliche Varianten in den verschiedensten Abmessungen von 9 bis 30 m² sowie die Möglichkeit mehrere Systeme mit Gesamtflächen größer 1000 m² miteinander zu kombinieren sorgen außerdem dafür, dass sich die Kollektoren für Ein- oder Mehrfamilienhäuser (Bild unten rechts) ebenso eignen wie für Schulen, Bürogebäude, Schwimmbäder, Tankstellen, Sport- und Industriehallen etc.

Maßgeschneiderter Ventilator für die Wärmetauscherbox

Damit sich Wärmetauscher und Ventilator harmonisch ins Design der Vakuumröhren-Solarluftkollektoren einpassen, haben die „Sun-Storm“-Konstrukteure eine Liquid-Air-Box entwickelt (Bild oben rechts), die trotz ihrer kompakten Abmessungen Wärmetauscher und Ventilator aufnimmt. Vor allem an den Ventilator stellte dies Anforderungen, die nur mit einer speziell angepassten Konstruktion zu lösen waren. Nicht nur kompakte Abmessungen waren gefragt, sondern auch die Elektronik der EC-Ventilatoren musste vor den hohen Temperaturen am Wärmetauscher geschützt sein. Nicht zuletzt deshalb fiel die Wahl auf einen Radialventilator vom Motoren- und Ventilatorenspezialisten ebm-papst. Als Pionier auf dem Gebiet moderner „GreenTech“-EC-Technik verfügen die Mulfinger Ingenieure zudem über das notwendige Know-how für kundenspezifische Lösungen, die sich in nahezu jede Anwendung integrieren lassen. Für den Einsatz in der Liquid-Air-Box wurde das Lüfterrad nicht wie üblich direkt auf den Rotor montiert, sondern an der ausgeführten Welle befestigt (Bild unten). Der Motor ist dadurch vor den hohen Temperaturen im Inneren der Box geschützt. So lassen sich auch in dieser Applikation die Vorteile energiesparender EC-Technik nutzen:

Energieeffizienz und Intelligenz

Als Antrieb bei den EC-Ventilatoren kommt hier im Unterschied zur herkömmlichen AC-Technik ein EC-Motor zum Einsatz, der über eine elektronische Regeleinrichtung, die sogenannte Kommutierungselektronik verfügt. Prinzipbedingt laufen diese Motoren synchron, haben keinen Schlupf und damit auch keine Schlupfverluste; ein Vorteil gegenüber herkömmlichen Asynchronmotor-Systemen mit Spannungs- oder Frequenzregelung. Da die EC-Motoren zudem mit hohen Wirkungsgraden arbeiten, verbrauchen sie deutlich weniger Energie als herkömmliche AC-Antriebe. Diese Energieeinsparpotentiale sind aber nicht nur im Volllastbetrieb, sondern auch vor allem im Teillastbetrieb gegeben, d.h., wenn die Drehzahl entsprechend der aktuellen Wärmeanforderung geregelt wird. EC-Motoren verlieren dann weit weniger von ihrer Effizienz als Asynchronmotoren mit gleicher Leistung.

Einfach zu regeln und
leise im Betrieb

Die für die Ventilatoren als Antrieb dienenden EC-Motoren können durch die integrierte Steuerungselektronik in der Drehzahl stufenlos den Anforderungen angepasst werden. Die Ansteuerung für einen bedarfsgerechten Betrieb ist in der beschriebenen Anwendung analog über ein 0 bis 10 V-Signal oder auch über ein PWM-Signal realisiert. Dass die Motoren dadurch mit allen in der Solartechnik üblichen Standardsteuerungen zusammenarbeiten, weiß man auch bei den „Sun-Storm“-Kollektoren zu schätzen. Für eine Überwachung von Motor bzw. Ventilator wird hier zusätzlich pro Umdrehung über den Drehzahlausgang ein Impuls ausgegeben.

Ebenfalls sehr wichtig im Zusammenhang mit Solarluftkollektoren ist die Geräuschentwicklung, da die Geräte direkt auf dem Dach montiert sind. Weder im Haus noch auf Terrasse oder Balkon sollten Bewohner und Nachbarbarschaft durch Lärm belästigt werden. Auch hier sind EC-Antriebe die bessere Wahl, da sie nahezu keine Motorgeräusche verursachen (Bild 3). Bei mit Frequenzumrichtern betriebenen Asynchronmotoren hingegen treten vor allem im Teillastbereich Resonanzgeräusche auf, die sich in einem typischen Motorbrummen unangenehm bemerkbar machen. Eine angenehme Wohnatmosphäre wäre unter solchen Bedingungen sicher nicht gegeben. Die Nutzer der Solarluftkollektoren haben in dieser Hinsicht nichts zu befürchten: Die mit den „GreenTech“-EC-Ventilatoren ausgestatteten Solaranlagen arbeiten angenehm leise und sind im Wohnbereich und selbst auf Terrasse oder Balkon kaum zu hören.