Konstruktionsproblem an thermischen Solaranlagen

Freier Blick gen Himmel: Das Dach wurde beim Brand zerstört.
Freier Blick gen Himmel: Das Dach wurde beim Brand zerstört.

Die Strahlungsenergie der Sonne zu nutzen, um die Rechnung vom Energieversorger zu drosseln, ist umweltfreundlich und zahlt sich langfristig auch finanziell aus. Auf immer mehr Dächern sieht man darum die Kollektoren von Solarthermieanlagen. Sie werden als Auf- und als Indachkonstruktion angeboten. Das IFS hat bereits zehn Indachanlagen untersucht, an denen es zu Brandausbrüchen gekommen ist. Ein generelles Konstruktionsproblem zeichnet sich deutlich ab. Darauf haben wir bereits im Report 2/2013 und auf unserer Internetseite hingewiesen.

Anders als Photovoltaikanlagen wandeln thermische Solaranlagen Sonnenenergie nicht in elektrische sondern in Wärmeenergie um, die zur Erwärmung von Trinkwasser und bei einigen Anlagen auch zur Unterstützung der Heizung genutzt wird. In den Kollektoren wird eine Wärmeträgerflüssigkeit erhitzt, die mit Hilfe einer Umwälzpumpe durch ein Rohrsystem zum Pufferspeicher transportiert wird. Doch es kommt zu Stillstandszeiten – nicht nur durch Störungen, die einkalkuliert werden müssen, sondern auch im regelmäßigen Betrieb. Dies geschieht, wenn zum Beispiel der Pufferspeicher auf die maximal zulässige Temperatur aufgeheizt ist und keine Wärme mehr benötigt wird. Beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur an den Kollektoren schalten die Anlagen die Umwälzpumpe ab, um eine Überhitzung des Pufferspeichers zu vermeiden. Die Anlage geht dann in Stagnation.

Diese betriebsmäßigen Stagnationen treten vor allem an sonnigen Tagen im Frühling und Sommer auf. Das Problem: Wird die Wärmeenergie nicht mehr abgeleitet, so steigt die Temperatur am Kollektor. Einige Hersteller geben für Stillstandszeiten Höchsttemperaturen von 185 °C, andere von 210 °C an. Diese Werte liegen weit über der möglichen Zündtemperatur von Holzbauteilen.

Eine Lücke im technischen Regelwerk

Eine Solaranlage wird demontiert: Das Solarglas wurde bereits entfernt. Darunter sind die Absorberbleche (1) und der schwarz gefärbte Holzrahmen (2) zu sehen.
Eine Solaranlage wird demontiert: Das Solarglas wurde bereits entfernt. Darunter sind die Absorberbleche (1) und der schwarz gefärbte Holzrahmen (2) zu sehen.

Bei den untersuchten Indachanlagen waren Holzrahmen Bestandteil der Solarmodule. Die Absorberbleche der Kollektoren standen in direktem Kontakt zum Rahmen. In diesem Bereich kam es zur Überhitzung und schließlich zum Brandausbruch. In einigen Fällen kam es auch zu Überhitzungen, weil nur wenige Millimeter zwischen Holzbauteilen und den internen Rohrleitungen für die Wärmeträgerflüssigkeit lagen. Das IFS ist mit den Herstellern in Kontakt getreten und hat auf die Schadenursachen hingewiesen.

Die Zündtemperatur von Holz liegt, je nach Art, zunächst zwischen 280 und 340 °C. Doch durch lang andauernde und wiederholte thermische Einwirkung wird das Material mit der Zeit thermisch aufbereitet. Die Zündtemperatur kann dabei bis auf 120 °C und sogar darunter absinken. Dem tragen die Feuerungsverordnungen der Bundesländer Rechnung, indem sie für Abgasanlagen Mindestabstände zu brennbaren Materialien vorgeben. Das Abgasrohr eines Kaminofens muss zum Beispiel so weit von Holzbauteilen entfernt sein, dass das Holz keinen Temperaturen von mehr als 85 °C ausgesetzt ist.

Im markierten Bereich wurde das Holz des Rahmens durch Hitzeeinwirkung verfärbt.
Im markierten Bereich wurde das Holz des Rahmens durch Hitzeeinwirkung verfärbt.

Für thermische Solaranlagen gibt es bisher keine Vorschriften oder Richtlinien bezüglich vergleichbarer Mindestabstände. Darum steht das IFS im Austausch mit dem Deutschen Institut für Normung (DIN), seit die Gutachter auf das Konstruktionsproblem gestoßen sind. Bei der Untersuchung der brandbetroffenen Anlagen fanden die Gutachter auch außerhalb der Brandbereiche an vielen Stellen Verfärbungen an den Rahmen der Kollektoren, die eine Überhitzung der Holzbauteile anzeigten. Das IFS rechnet mit weiteren Brandausbrüchen.

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