Ein direktes System (offener Kreis) pumpt das Trinkwasser selbst durch die Kollektoren. Ein indirektes System (geschlossener Kreis) lässt ein Propylenglykol-Gemisch durch die Kollektoren zirkulieren und gibt die Wärme über einen Wärmetauscher im Speicher ab. Indirekt ist überall Standard, wo Frost oder hartes Wasser auftreten: Ein Glykolgemisch mit 40 % schützt den Kreis bis etwa −20 °C, um den Preis von wenigen Prozent Ertrag.
Was unterscheidet direkte und indirekte Solarkreise?
Der Unterschied ist, was durch den Kollektor strömt. Bei einem direkten System – auch offener Kreis genannt – wird das Trinkwasser, das aus dem Hahn kommt, aufs Dach gepumpt, im Absorber erwärmt und in den Speicher zurückgeführt. Bei einem indirekten, geschlossenen System ist der Kollektorkreis ein abgeschlossener Kreislauf aus Wasser mit Propylenglykol; er berührt nie das Trinkwasser und gibt seine Wärme über einen Rohrwendel-Wärmetauscher im Speicher ab.
Alles Weitere folgt aus dieser einen Entscheidung. Direkte Systeme sind einfacher und etwas effizienter, weil zwischen Sonne und Speicher kein Wärmetauscher liegt. Indirekte Systeme vertragen Frost, hartes Wasser und Stagnation, weshalb sie jeden europäischen Markt nördlich der Olivenanbaugrenze beherrschen.
Wann ist ein direktes System die richtige Wahl?
In frostfreien Klimazonen mit weichem Wasser, und vor allem für kostengünstige oder großvolumige Anlagen. Das US-Energieministerium (U.S. Department of Energy) ist bei der Aufteilung eindeutig: direkte Zirkulation für Klimazonen ohne Frost, indirekt dort, wo Wärmeträgerflüssigkeit und Wärmetauscher nötig sind. Da kein Wärmetauscher zu überwinden ist, liefert ein direktes System die Kollektorwärme unmittelbar in den Speicher; der Kollektor läuft einige Grad kühler und damit einige Prozent effizienter – ein echter Gewinn, den die Kollektorkennlinie sichtbar macht.
Die Risiken sind ebenso klar. Ein einziger strenger Frost kann einen Absorber sprengen; Wasser mit mehr als etwa 200 mg/L Härte verkalkt die Absorberkanäle bei den 60–80 °C, die der Kollektor täglich erreicht; und der gesamte Kreis führt Trinkwasser, sodass jedes Bauteil für Trinkwasser zugelassen sein muss.
Wann braucht man ein indirektes System?
Immer dann, wenn der Kollektor unter 0 °C fallen kann, wenn das Netzwasser hart oder aggressiv ist und wenn das System in Stagnation gehen kann. In Mitteleuropa ist das praktisch immer der Fall. Der Glykolkreis ist klein – typischerweise 20–60 Liter –, kann daher dosiert, geprüft und als Verbrauchsmaterial ersetzt werden, während das Trinkwasser im Speicher bleibt.
Indirekte Systeme machen auch die Stagnation beherrschbar. Ist der Speicher voll und die Pumpe steht, siedet das Kollektorfluid und wird in das Ausdehnungsgefäß gedrückt; ein richtig ausgelegter Kreis füllt sich einfach wieder und läuft an, sobald er abkühlt. Macht man das mit Trinkwasser in einem System mit offenem Kreis, hat man Kalk, Korrosion und ein Hygieneproblem.
Direkt, indirekt oder Drain-Back: der Vergleich
| Direkt (offener Kreis) | Indirekt (geschlossener Kreis) | Drain-Back | |
|---|---|---|---|
| Fluid im Kollektor | Trinkwasser | Wasser + 33–45 % Propylenglykol | Wasser (oder Glykol), im Stillstand abgelassen |
| Frostschutz | Keiner | Bis etwa −20 °C bei 40 % Gemisch | Absolut – Kollektor ist im Stillstand leer |
| Toleranz gegenüber hartem Wasser | Schlecht über ~200 mg/L | Voll | Voll |
| Verlust durch Wärmetauscher | Keiner | 3–8 % des Ertrags | Gering |
| Wartung | Entkalken | Fluidprüfung alle 2 Jahre, Wechsel alle 5–8 Jahre | Fluidprüfung plus Prüfung des Gefälles |
| Typischer Markt | Mittelmeerraum, Naher Osten, Tropen | Mittel- und Nordeuropa | Mitteleuropa, Bauherren in Eigenregie |
Was ist mit Drain-Back als dritter Option?
Ein Drain-Back-System ist der elegante Kompromiss: Der Kollektorkreis entleert sich in einen kleinen Behälter, sobald die Pumpe stoppt, sodass der Absorber nachts, bei Stromausfall und während der Stagnation trocken ist – und weder einfrieren noch sieden kann. Der Preis dafür ist Sorgfalt in der Ausführung. Jede Leitung muss mit 2–4 % kontinuierlich zum Behälter hin abfallen, die Pumpe muss bei jedem Start stark genug sein, das Fluid aufs Dach zu heben, und der Kollektor muss als Drain-Back-tauglich zertifiziert sein.
Was verlangt jede Variante vom Speicher?
Direkte Systeme brauchen einen Speicher, der selbst für Trinkwasser ausgelegt und möglichst gegen Kalk geschützt ist. Indirekte Systeme brauchen ausreichend Tauscherfläche: Planen Sie etwa 0,15–0,2 m² Wärmetauscher pro m² Kollektor-Aperturfläche ein, im unteren Drittel des Speichers angeordnet, damit er auf das kälteste Wasser trifft und die Temperaturschichtung erhält. Ein zu kleiner Wärmetauscher ist der häufigste Grund, warum ein korrekt dimensioniertes Kollektorfeld zu wenig leistet – die Wärme wird erzeugt, gelangt aber nicht schnell genug ins Wasser, sodass der Kollektor heiß läuft und sein Wirkungsgrad sinkt.
Solimpeks baut gepumpte indirekte Systeme für europäische Frostmärkte und TSM-Thermosiphon-Anlagen für Märkte mit warmem Klima – die TSM erwärmt das Trinkwasser über einen AISI-316L-Wärmetauscher, statt es durch den Kollektor zu leiten. Am stärksten unterscheidet sich zwischen beiden die Speicherausführung – nicht der Kollektor.
Häufig gestellte Fragen
Ist ein direkter Solar-Warmwasserbereiter effizienter als ein indirekter?
Geringfügig. Ohne Wärmetauscher kann der Kollektor bei gleicher Speichertemperatur einige Grad kühler laufen, was typischerweise 3–8 % des Jahresertrags ausmacht. Dieser Vorteil verschwindet in der ersten Winternacht im Frostklima, weshalb indirekte Systeme in Mittel- und Nordeuropa Standard sind.
Kann ich ein direktes System auf indirekt umrüsten?
Ja, aber meist bedeutet das einen Speichertausch. Die Umrüstung braucht einen Speicher mit Solar-Wärmetauscher (oder einen externen Plattenwärmetauscher plus zweite Pumpe), ein auf Stagnation ausgelegtes geschlossenes Ausdehnungsgefäß und eine Glykolfüllung. In der Praxis erfolgen die meisten Umrüstungen, wenn der Speicher ohnehin ersetzt wird.
Welche Glykolkonzentration sollte ein indirektes System verwenden?
Propylenglykol in Solarqualität mit 33–45 Volumenprozent, was Frostschutz von etwa −15 °C bis −25 °C bietet. Verwenden Sie niemals Ethylenglykol aus dem Kfz-Bereich: Es ist giftig, und sein Inhibitorpaket ist nicht für die über 150 °C ausgelegt, die ein stagnierender Kollektor erreicht.
Ändern Vakuumröhren die Entscheidung zwischen direkt und indirekt?
Sie sprechen noch deutlicher für ein indirektes System. Vakuumröhren erreichen höhere Stillstandstemperaturen als Flachkollektoren, das Fluid wird also stärker beansprucht, und Trinkwasser im Absorber ist eine noch schlechtere Idee. Fast alle in Frostklimazonen verkauften Röhrensysteme sind indirekt.