Solarleitung: Dimensionierung & Faktoren bei der Berechnung

Solarleitung an Solarmodul auf dem Dach
Mit der Sonnenstrahlung eines Tages könnte man die Menschheit über ein ganzes Jahr mit Energie versorgen. Um die bereitgestellte Energie möglichst effizient nutzen zu können, ist es wichtig, dass auf dem Transportweg nichts verloren geht. Hier kommt die Solarleitung ins Spiel. Je nach Solaranlagenart bewegen sich flüssige Stoffe oder Gleichstrom durch die Solarleitung. Für Flüssigkeiten werden oft Wellrohre aus Edelstahl oder Kupfer verwendet. Die elastische Biegeflexibilität erleichtert die Führung der Leitungen bei akzeptablen Energieweiterleitungswerten.

Puristen setzen ausschließlich auf starre Leitungen. Ein geringerer Druckverlust, Durchflusswiderstand und eine bessere Verbindungsmöglichkeit befördern mehr der kostbaren Sonnenenergie zum Speicher. Bei der Weiterleitung von Strom spielt der Querschnitt, das Leitungsmaterial und die Länge entscheidende Rollen.

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Der Widerstand beim Durchfluss des Gleichstroms kostet immer einen Teil der eingespeisten Energie. Der Verlustfaktor muss durch optimierte Dimensionierung möglichst gering gehalten werden.

Flüssige Transportmedien der Solarthermie

Die Isolierung einer Solarleitung für den Außenbereich ist von essenzieller Bedeutung. Als Faustformel kann der Leitungsquerschnitt beziehungsweise Durchmesser als Mindestdicke der Isolationsschicht angewendet werden. Der Dämmstoff muss Grundeigenschaften besitzen, die nur bei synthetischem Gummi und Kautschuk gegeben sind:

  • Beständigkeit gegen UV-Strahlung
  • Witterungsbeständigkeit
  • Temperaturtoleranz von etwa -40 bis 160 Grad Celsius
  • Ozonverträglichkeit
  • Keine Wechselwirkung mit Kupfer oder Edelstahl wie Korrosion oder Versprödung
  • Geschlossener Zellenaufbau
  • Wärmeleitfähigkeit kleiner als 0,050 W/mK
  • Biegefähigkeit

Der Querschnitt beziehungsweise Durchmesser einer Solarleitung mit flüssigem Durchsatz richtet sich nach 6 Berechnungsfaktoren:

  1. Distanz der zu überwindenden Strecken zwischen Einspeisung und Abnahme
  2. Beschaffenheit, Dichte und Viskosität des Transportmediums
  3. Geschwindigkeit des Durchflusses
  4. Gesamtflüssigkeitsmenge im Zirkulationssystem
  5. Leistung der Pumpe
  6. Anzahl von Verjüngungen, Umleitungen, Weichen und Anschlussstück

Aufgrunder der Komplexität der Berechnung einer Solarthermie ist die Konsultierung eines Heizungsbauers hier unabdingbar.

Stromfluss in der Fotovoltaik

Energiegewinnung mittels Photovoltaik-Platten auf dem Dach eines Bruchsteinhauses
Bei der Solarleitung für die Durchleitung vom gewonnenen Gleichstrom aus der Fotovoltaik richtet sich die unvermeidbare Verlustrate nach 3 Indikatoren:

  1. Länge der Strecke
  2. Querschnitt des Stromleiters
  3. Materialart der metallischen Leiters
Jede gesparte Distanz senkt den Widerstand und damit Energieverlust. Strom muss nicht bis zum Speichermedium transportiert werden. Eine durchdachte Platzierung des Wechselrichters kann einige Meter Weg beim Verlegen der Solarleitung sparen.

Als Leitungsmaterial wird Kupfer bevorzugt, das einen niedrigen Leistungswiderstand bietet. Andere Metalle liefern geringere Widerstände, spielen aber wegen anderer ungeeigneter Eigenschaften und aus Kostengründen keine Rolle.

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Die Isolierung einer Solarleitung für den Stromdurchfluss hat vor allem die Funktion, Temperaturschwankungen abzumildern. Wechselnde Temperaturen verändern den Durchflusswiderstand und Anstiege bei Kupfer erhöhen den Verlust. Solarenergieströme sind empfindlich.

Wirtschaftlichkeit und Besonderheiten

Die verhältnismäßig geringen Energiemengen, die durch eine Solarleitung transportiert werden, können schon durch geringe Abweichungen zu enormen Verlustraten führen. Die Wirtschaftlichkeit einer gesamten Solaranlage kann bei fehlerhafter oder unpassender Zirkulation verloren gehen. Die Redensart, die das schwächste Glied in der Kette als Maßstab für das Gesamtergebnis ausmacht, trifft auf die Solarleitung in besonderem Maße zu.

Soweit es die Gegebenheiten und Örtlichkeit erlaubt, sollten Leitungswege kürzestmöglich gehalten werden. Wellrohre können mit starren Leitungen kombiniert und Wechselstromrichter weit von Speichermedien entfernt platziert werden. Innerhalb des Zirkulationssystems sind Übergänge, Abknickungen und andere installationsbedingte Zustandsänderungen neuralgische Schwachstellen.