Solarthermie-Stagnation: Ursachen, Risiken und VDI 6002 im Überblick

Stagnation in einer Solarthermieanlage ist kein zwingender Defekt, sondern ein normaler Schutzmechanismus: Hat der Warmwasser- oder Pufferspeicher an einem sonnigen Sommertag seine Maximaltemperatur erreicht (in der Regel 85 bis 95 °C), schaltet der Solarregler die Umwälzpumpe ab. Da keine Wärme mehr in den Speicher abgeführt wird, erhitzen sich die Kollektoren auf dem Dach weiter. Flachkollektoren erreichen dabei Stagnationstemperaturen von 160 bis 200 °C, während Vakuumröhrenkollektoren auf 250 bis über 280 °C steigen.

Bei diesen Temperaturen verdampft die im Kollektor stehende Solarflüssigkeit (ein Gemisch aus Wasser und Propylenglykol). Eine fachgerecht geplante Anlage nach der Richtlinie VDI 6002 Blatt 1 übersteht diesen Zustand schadlos, indem der Dampf die restliche Flüssigkeit in das Ausdehnungsgefäß verdrängt. Wiederholt sich die Stagnation jedoch täglich oder spricht das Sicherheitsventil an, droht die thermische Zerstörung des Frostschutzmittels (Glykol-Cracking). Welche Prüfungen Sie regelmäßig vornehmen sollten, erläutert der Leitfaden zur Wartung der Solarthermieanlage.

Die vier Phasen der Stagnation nach VDI 6002

Die Richtlinie VDI 6002 Blatt 1 teilt den Verlauf der Stagnation in vier physikalische Phasen ein:

Phase	Kollektortemperatur	Was im Solarkreislauf geschieht	Belastung für Bauteile
1. Aufheizphase	80 – 110 °C	Pumpe schaltet bei vollem Speicher ab; Flüssigkeit dehnt sich aus	Gering; Druck steigt leicht im Ausdehnungsgefäß
2. Siedephase & Dampfbildung	120 – 150 °C	Siedepunkt wird erreicht; Dampfblasen verdrängen flüssiges Medium	Mittlere Belastung; Druck steigt bis zum Anlagenauslegungsdruck
3. Überhitzung (Trockenkollektor)	160 – 250 °C	Kollektor ist vollständig entleert; Restdampf wird überhitzt	Hohe thermische Beanspruchung der Kollektordichtungen
4. Kondensation & Wiederanlauf	sinkend unter 100 °C	Sonne lässt nach; Dampf kondensiert; Kollektor füllt sich wieder	Pumpe schaltet erst wieder zu, wenn Kollektor abgekühlt ist

In Phase 2 und 3 drückt der entstehende Dampfdruck die gesamte Flüssigkeitssäule aus den Kollektorrohren in die Solarleitung. Entscheidend ist, dass dieser Dampf vor dem Membran-Ausdehnungsgefäß (MAG) und der Solarstation abkühlt und kondensiert.

Die Schlüsselrolle des Membran-Ausdehnungsgefäßes (MAG)

Die häufigste Ursache für Schäden durch Stagnation ist ein falsch dimensioniertes oder falsch eingestelltes Ausdehnungsgefäß nach DIN 4807-2:

1. Ausreichendes Nennvolumen: Das Ausdehnungsgefäß muss nicht nur die temperaturbedingte Volumenausdehnung der kalten Flüssigkeit aufnehmen, sondern zusätzlich das gesamte Flüssigkeitsvolumen aller Kollektoren plus ein Dampfpuffervolumen. Für eine typische 10-m²-Flachkollektoranlage ist meist ein MAG mit mindestens 35 bis 50 Litern Volumen erforderlich.
2. Vorschaltgefäß zum Temperaturschutz: Gummimembranen im Ausdehnungsgefäß (meist EPDM) vertragen dauerhaft maximal 70 °C. Ein ungedämmtes Vorschaltgefäß kühlt heiße Solarflüssigkeit vor dem Eintritt in das MAG ab.
3. Anlagendruck und Vordruck: Der Stickstoff-Vordruck im MAG muss auf die statische Anlagenhöhe abgestimmt sein (0,1 bar je Meter Höhendifferenz plus 0,3 bis 0,5 bar Puffer). Ist der Vordruck zu niedrig oder die Membran defekt, steigt der Druck in der Stagnation über den Ansprechdruck des Sicherheitsventils (nach DIN EN ISO 4126 meist 6 bar).

Wenn das Sicherheitsventil abbläst, tritt braune, klebrige Solarflüssigkeit aus und wird in den Auffangbehälter geleitet. Danach fehlt Druck im System und die Anlage kann nach Abkühlung nicht mehr selbstständig anlaufen.

Glykol-Cracking: Wann die Solarflüssigkeit kippt

Das eingesetzte Wärmeträgermedium (Propylenglykol mit Korrosionsinhibitoren) ist thermisch empfindlich. Wird Glykol längere Zeit Temperaturen über 170 °C ausgesetzt – etwa weil Flüssigkeit im Kollektor hängen bleibt und nicht vollständig verdrängt wird –, kommt es zum sogenannten Cracken:

• Versäuerung: Das Glykol zersetzt sich in organische Säuren. Der pH-Wert der Flüssigkeit fällt von basischen 8,0 bis 9,0 in den sauren Bereich unter pH 7,0.
• Korrosionsgefahr: Die saure Flüssigkeit greift Kupferrohre, Messingverschraubungen und Stahlwärmetauscher im Solarspeicher an.
• Verklumpung: Zersetztes Glykol bildet teerartige Rückstände und Flocken, die Rückschlagventile, Durchflussmesser und Kollektorkapillaren verstopfen.

Die Überprüfung des Frostschutzmittels mit einem Refraktometer (Frostschutz bis -25 °C) und pH-Indikatorstreifen gehört zu jeder fachgerechten Jahresinspektion. Sobald der pH-Wert unter 7,2 sinkt oder die Flüssigkeit verbrannt riecht, muss der Kreislauf komplett gespült und neu befüllt werden.

Typische Ursachen für ungewollte Stagnation

Steht die Anlage an klaren Sommertagen still, obwohl der Speicher noch kalt ist (unter 50 °C), liegt kein normaler Stagnationszustand vor, sondern eine Betriebsstörung:

• Defekter Kollektorfühler (PT1000): Zeigt der Sensor fehlerhafte Temperaturwerte an, schaltet der Regler die Pumpe nicht ein.
• Festsitzende Umwälzpumpe: Nach längerer Pause im Frühjahr können Pumpenflügel festsitzen.
• Luftpolster im Solarkreis: Nach Stagnation kondensieren Dampfblasen manchmal nicht vollständig, oder es haben sich Gase aus zersetztem Glykol gelöst. Der Kreislauf muss am Entlüfter entlüftet werden.
• Zu hohe Kollektorfläche im Verhältnis zum Speicher: Als Faustformel für Solarthermie zur Trinkwassererwärmung gelten 50 bis 80 Liter Speichervolumen pro Quadratmeter Kollektorfläche. Ist der Speicher zu klein, stagniert die Anlage bereits am Vormittag.

Nächste Schritte zur Kontrolle Ihrer Anlage

Kontrollieren Sie bei strahlendem Sonnenschein am Manometer der Solarstation den Betriebsdruck (Sollwert meist 2,5 bis 3,5 bar). Prüfen Sie, ob die Auffangkanne unter dem Sicherheitsventil trocken ist. Sollte das Ventil abgeblasen haben oder die Anlage nach sonnigen Stunden dauerhaft auf Störung stehen, lassen Sie von einem SHK-Fachbetrieb den Vordruck des Ausdehnungsgefäßes und den pH-Wert der Solarflüssigkeit mit Indikatorpapier messen.