EASY-ST: Offener Standard in der Solarthermie für kostenoptimierte Komponenten, Schnittstellen und hohe Installationsfreundlichkeit

Im Rahmen des geförderten Projekts »KoST« (Website Teilprojekt Fraunhofer ISE) wurden dabei vom Projektkonsortium sechs offene Standardmerkmale entwickelt: Eine standardisierte Kollektorbefestigungsnut »EASY-ST MOUNT«, ein hydraulischer Anschlussstandard zur Verbindung mit Schnellkupplungen »EASY-ST CONNECT««, einen Speicherstandard für Trinkwasser- und Kombispeicher hinsichtlich äußerer Geometrie und Dämmstandard »EASY-ST STORE«, eine steckbare, standardisierte Mikrozirkulationsbremse zur Installation in Speicheranschlüssen zur Verringerung der Einrohrkonvektion »EASY-ST BREAK«, eine in Bezug auf Anordnung und äußere Geometrie standardisierte Solarstation »EASY-ST STATION«  sowie Standardmerkmale für installationsfreundliche Regler »EASY-ST CONTROL«. Das Projektkonsortium bestand aus folgenden Partnern:

• IGTE Universität Stuttgart (Projektkoordination)
• Fraunhofer ISE
• Fraunhofer IAO
• CitrinSolar GmbH
• emz-Hanauer GmbH & Co. KGaA
• Ernst-Schweizer AG
• GREENoneTEC Solarindustrie GmbH
• KBB Kollektorbau GmbH
• Ritter Energie- und Umwelttechnik GmbH und Co. KG
• Solvis GmbH und Co. KG

Eine Umsetzung von einem oder mehreren Standardmerkmalen innerhalb des Produktportfolios bringt maßgebliche Kostenreduktionen durch den Einkauf günstiger Komponenten welche in größeren Stückzahlen für mehrere Anbieter identisch hergestellt werden können. Zudem entsteht durch die Kennzeichnung entsprechender Produkte beim installierenden Handwerk ein verlässliches Wiedererkennungsmerkmal. Die Installationsabläufe unterschiedlicher Produkte und Komponenten mit den Standardmerkmalen sind dabei gleich womit sich eine verbesserte Routine und damit weniger Fehleranfälligkeit einstellen.

Auf Basis von Abschätzungen des Fraunhofer ISE lassen sich die Gesamtkosten einer solaren Kombianlage inkl. Installation allein durch den Einsatz der Kollektorbefestigungsnut »MOUNT« um über 5 % senken.

Nach Berechnungen des Instituts für Gebäudenergetik, Thermotechnik und Energiespeicher der Universität Stuttgart (IGTE) lassen sich durch Umsetzung aller erarbeiteten Standardisierungsmaßnahmen für eine solare Trinkwarmwasseranlage die Wärmegestehungskosten um bis zu 30 % reduzieren (hierbei ist der Einsatz einer zusätzlichen Mikrozirkulationsbremse mit berücksichtigt).

Weitere Informationen sind der Präsentation des Abschlussworkshops im Rahmen des Projekts »KoST« (Website Teilprojekt Fraunhofer ISE) zu entnehmen.

Die Standardmerkmale wurden fertigungsgerecht ausgearbeitet und sind im Folgenden aufgeführt. Um mit dem jeweiligen Standardmerkmal kompatibel zu sein müssen alle obligatorischen Maße oder Eigenschaften eingehalten werden um eine Kompatibilität mit den günstigen Anschluss oder Verbindungskomponenten zu gewährleisten. Im Folgenden sind die Maße und Eigenschaften im Detail aufgeführt.

EASY-ST CONNECT: Standardmerkmal für hydraulische Kollektoranschlüsse

Gegenwärtig werden Sonnenkollektoren mit einer Vielzahl von unterschiedlichen hydraulischen Anschlüssen angeboten. Die Varianten reichen vom blanken Kupferrohr, Innen- und Außengewinden in unterschiedlichen Dimensionen über Klemmringverschraubungen unterschiedlichster Ausführung bis hin zu steckbaren Anschlüssen für die Montage von Schnellverbindern. Diese Vielzahl der Varianten erschwert die Montage und verlängert die Montagezeit.

Für einen schnellen, sicheren und werkzeuglosen Anschluss der Sonnenkollektoren wurde ein Standardkollektoranschluss entwickelt. Dieser ist geeignet für Schnellverbinder (steckbare hydraulische Kollektorverbinder). Dabei können Steckverbinder mit 2 oder 3 O-Ringen zum Einsatz kommen. Die Kollektoranschlüsse haben einen Innendurchmesser von 22 mm.

Vorteile:

• schneller, einfachere Montage ohne Werkzeug
• geringere Montagekosten
• geringerer Wartungsaufwand aufgrund geringerer Fehleranfälligkeit
• praxiserprobt, validiert (keine „neue“ Lösung)

EASY-ST MOUNT: Standardmerkmal für Kollektorbefestigung

Während sich bei Photovoltaik (PV) Installationen für gerahmte Module standardisierte Befestigungslösungen etabliert haben sind für solarthermische (ST) Kollektorinstallationen herstellerspezifische Befestigungslösungen zwischen Kollektor und Montagesystem üblich. Dies wirkt sich auch auf das Montagesystem selbst aus, werlches mit der entsprechenden Befestigungslösung kompatibel sein muss. In Summe ist dadurch der Gesamtaufwand für die ST Branche für Sicherheitsnachweis und Befestigungsadaption vergleichbar hoch. Eine standardisierte Befestigungsschnittstelle kann dieses Problem lösen, sofern sie von einer kritischen Masse von Herstellern genutzt wird. Dadurch lassen sich auf Befestigungs- und Montagesystemseite erhebliche Kosten einsparen und somit die Gesamtkosten senken. Ab einem bestimmten Bekanntheitsgrad ergeben sich auch Vorteile bei den installierenden Fachbetrieben, die das verbreitete System bevorzugen. Der in diesem Rahmen von EASY-ST vorgestellte Kollektorbefestigungsstandard EASY-ST MOUNT entspricht einer bereits am Markt verfügbaren Lösung und vereint mehrere Vorteile:

• Gängige Befestigungsanbindung über Klemmanbindung (L-Nut)
• Praxiserprobt, validiert (keine „neue“ Lösung)
• Mögliche geometrische Freiheitsgrade offen gestaltet
• Verhinderung seitlicher Verschiebung
• Mit vertretbarem Aufwand nachträglich umsetzbar (über Rahmenprofilanpassung)
• Klemmenlösung am Markt bereits verfügbar / validiert (mit seitlicher Einrastfunktion)

Die optionale Variante als C-Nut ist voll kompatibel mit der L-Nut und bringt weitere Vorteile mit sich

• Maße fertigungsgerecht (Toleranzen Mundstückabnutzung berücksichtigt)
• Anbindung an Befestigungssystem über Normteile wie M8 Schrauben (DIN 557&562, ISO 4023&4017) oder einschwenkbare Industrienutensteine möglich

EASY-ST CONTROL: Standardmerkmal für installationsfreundliche Regler

Für solarthermische Regler wurden im Rahmen des Projekts KoST Mindestanforderungen und Empfehlungen mit dem Merkmal EASY-ST CONTROL erarbeitet. Ziel war dabei ein hohes Maß an Installationsfreundlichkeit sowie eine einfache Zugänglichkeit zur Dokumentation.

Die folgenden Mindestanforderungen wurden für alle Reglertypen identifiziert:

• Speichertemperaturbegrenzung (im Markt bereits etabliert)
• Kollektorminimaltemperatur zur Solarkreisaktivierung (im Markt bereits etabliert)
• Frostschutzfunktion durch aktive Kollektorbeheizung bei Temperaturunterschreitung im Kollektorkreis (im Markt bereits etabliert)
• Kennzeichnung aller elektrischer Anschlüsse als direkte Zuordnung am Ort des Auflegens, ohne auf eine Anleitung oder Zusatzinfokarte zurückgreifen zu müssen
  • Lesbarkeit der Kennzeichnung auch nach Kabelanbindung
  • Netzanschluss Symbolik nach internationaler Norm EN 60617-2
• Bedienungsanleitung online frei verfügbar (ohne Registrierung)

Zusätzlich wird eine werkzeugfreie Kabelanbindung und -entfernung der elektronischen Leitungen empfohlen. Diese kann optional mit Werkzeug erfolgen.

Für heizungsunterstützende bzw. Multifunktionsregler wurden zusätzlich folgende Mindestanforderungen identifiziert

• Installationsassistent am Gerät bzw. Bedienteil, damit eine Installation, Anschlusszuweisung und Inbetriebnahme anleitungsfrei möglich wird
  • Dafür ist in den meisten Fällen ein vorheriger Netzanschluss erforderlich. Dieser muss über eine ausreichende elektrische Sicherheit verfügen, sodass Fachpersonal unter Nutzung des Installationsassistenten eine Kabelanbindung an Aktoren / Sensoren vornehmen kann
• Automatische oder manuelle Überprüfungsmöglichkeit der Anschlüsse (Aktoren / Sensoren)

Weiterhin ist empfohlen, dass heizungsunterstützende bzw. Multifunktionsregler über eine Möglichkeit zur Fernüberwachung oder Datenspeicherung verfügen.

Als Schnittstelle für heizungsunterstützende oder Multifunktionsregler wird Modbus TCP empfohlen. Problematisch ist dabei jedoch, dass die Werte/Register innerhalb der Schnittstelle bisher nicht harmonisiert sind. Eine Kompatibilität ist zwar damit technisch gegeben, die direkte konsistente Wertübergabe ist jedoch an gleiche Werte/Register gebunden.

Mittelfristig sollte der EEBUS als Schnittstelle etabliert werden: https://www.eebus.org/ Die Entwicklung ist jedoch derzeit noch nicht marktreif, wird jedoch von einem großen Konsortium vorangetrieben. 

EASY-ST STORE: Standardmerkmal für installationsfreundliche bivalente Trinkwasser- und Kombispeicher

Für bivalente Trinkwasserspeicher wurden im Rahmen des Projekts KoST Standards mit dem Merkmal EASY-ST StoHW erarbeitet. Ziel war dabei ein hohes Maß an Installations-freundlichkeit sowie hohe Stückzahlen zu erreichen.

Die folgenden Speichermerkmale wurden standardisiert:

• Speichervolumen: 300 l
• Speicherdurchmesser (Behälter): 0,55 m
• Speicherbehälter: Stahl, emailliert, ohne Fußkonstruktion
• Speicheranschlüsse, Flansche und deren Position: alle 1“ Außengewinde, außer Zirkulation (3/4“ Außengesinde), Anode (5/4“ Innengewinde), Reinigungsflansch nach EN 12897:2016, Anhang C (120 mm), Anschluss für E-Heizstab (6/4“ Innendruchmesser
• Tauchhülsen für Temperaturfühler: eingeschweißt, 12 mm Innendurchmesser
• Wärmedämmung: PU-Schaum, fest mit Speicherbehälter verbunden, ca. 80 mm, sodass Energieeffizienzklasse „B“ nach Verordnung (EU) Nr. 812/2013 erreicht wird
• Bodenplatte (Stahlblech) mit verstellbaren Füssen
• Einsatz von Mikrozirkulationsbremsen an allen Anschlüssen, außer Kaltwasser
• Befestigung der Solarstation direkt am Speicher

Für Kombispeicher wurden im Rahmen des Projekts KoST Standards mit dem Merkmal EASY-ST StoCOMBI erarbeitet. Ziel war dabei ein hohes Maß an Installationsfreundlichkeit sowie hohe Stückzahlen zu erreichen.

Die folgenden Speichermerkmale wurden standardisiert:

• Speichervolumen: 800 l
• Speicherdurchmesser (Behälter): 0,79 m
• Speicherbehälter: Stahl, mit Fußring
• Wärmeübertrager für Trinkwasser und Kollektorkreis intern
• Anschlussmöglichkeit für Transportgriffe
• Speicheranschlüsse, und deren Position: alle Anschlüsse zur direkten Be- und Entladung (6/4“ Innengewinde), Kalt- und Warmwasser sowie Kollektorvor- und Rücklauf (1“ Aussengewinde), Befüllung und Entleerung sowie Entlüftung (1/2“ Innengewinde)
• Befestigung für Temperaturfühler: Klemmbleche, geschraubt
• Wärmedämmung: Polyersterfaservlies für Mantel (2-teilig) Deckel und Boden, Stärke sodass Energieeffizienzklasse „B“ nach Verordnung (EU) Nr. 812/2013 erreicht wird
• Einsatz von Mikrozirkulationsbremsen an allen Anschlüssen, außer Kaltwasser
• Befestigung der Solarstation und der Mischerstation für den Heizkreis direkt am Speicher

EASY-ST SolSta: Standardmerkmal für installationsfreundliche Solarstationen

Für Solarstationen wurden im Rahmen des Projekts KoST Standards mit dem Merkmal EASY-ST STATION erarbeitet. Ziel war dabei ein hohes Maß an Installationsfreundlichkeit sowie hohe Stückzahlen zu erreichen.

Die folgenden Merkmale wurden standardisiert:

• Anordnung der Komponenten
• Wärmedämmung: EPS- bzw. Hartschaum-Formteile
• Achsabstand: 100 mm
• Anschlussart und Dimension
• Regler integrierbar

EASY-ST BREAK: Standardmerkmal für installationsfreundliche Mikrozirkulationsbremsen an den Speicheranschlüssen

Zur Reduzierung der Wärmeverluste durch Mikrozirkulation an den Anschlüssen des Speichers wurde im Rahmen des Projekts KoST eine standardisierte Mikrozirkulationsbremse für Speicheranschlüsse in der Dimension 6/4“ mit Innengewinde mit dem Merkmal EASY-ST CB erarbeitet. Ziel war dabei ein hohes Maß an Installationsfreundlichkeit sowie hohe Stückzahlen zu erreichen. Bei der entwickelten Mikrozirkulationsbremse handelt es sich um ein Kunststoffbauteil, das im Spritzgussverfahren kostengünstig hergestellt werden kann. Es kann sehr einfach bereits vom Speicherhersteller ab Werk eingebaut werden, da es nur in den Speicheranschluss eingeschoben werden muss. Voraussetzung ist ein Prallblech im Speicher, an dem es sich abstützt. Die Einbaulage (Drehstellung) ist beliebig, sodass Montagefehler ausgeschlossen sind. Es besteht aus einem flexiblen Kunststoff, z. B. TPU Flexa 90A, der für eine gute Abdichtung zum Anschluss sorgt. Das Design zeichnet sich dadurch aus, dass die Mikrozirkulationsbremse auch bei hohen Volumenströmen nur einen sehr geringen Druckverlust aufweist. Trotzdem kann der Anschlussverlustkoeffizient um ca. 60 % reduziert werden.

Im Rahmen eines neuen Produkts ist die Umsetzung vergleichbar einfach. Die Schnittstellen müssen die obligatorischen Merkmale z. B. von EASY-ST MOUNT oder CONNECT enthalten, damit ist das Produkt kompatibel mit diesen Merkmalen.

Für eine Umstellung bereits vorhandener zertifizierter Produkte sollten die konstruktiven Schritte sowie die Änderungen im Produktmanagement intern in einer Umsetzungsplanung entworfen und diskutiert werden. Die Auswirkungen einer Umstellung auf ein neues wesentlich günstigeres Montage- und/oder Verbindungssystem muss dabei ebenfalls berücksichtigt werden. Die erforderlichen Änderungen am Kollektor sollten dem Zertifizierer vorab in einer Überprüfungsanzeige zur Änderung mitgeteilt werden um zu erfahren ob die Zertifizierung ggf. ohne Zusatzaufwand weitergeführt werden kann. Hier können ggf. auch verschiedene Änderungsvarianten (z. B. mit / ohne EASY-ST CONNECT) als Überprüfungsanzeige gesendet werden.

Für Regler ist eine Umsetzung von EASY-ST CONTROL an vorhandenen Produkten nur dann sinnvoll, wenn bereits die obligatorischen Merkmale hardwareseitig implementiert sind. Damit reduziert sich die Umsetzung auf softwaretechnische und dokumentatorische Anpassungen.

Eine Kennzeichnung ist durch ein oder zwei Merkmale durch das entsprechende, an das Produkt anzubringende Label  im 3:1 Format möglich. Die Druckvorlagen sind im folgenden abrufbar.

Dies entspricht der aktuellen Versionsnummer des Standards EASY-ST. Falls zukünftig Änderungen sinnvoll oder notwendig sind kann hierüber der Stand dokumentiert werden. Auf easy-st.org wird im Fall von Versionsänderungen auch immer die Versionshistorie abrufbar sein. Sollte v02 veröffentlicht werden müssen Umsetzungen auf Basis von v01 nicht geändert werden. Die Kompatibilität mit EASY-ST bleibt trotzdem erhalten.