Solarthermieanlagen haben zwar ein Grundprinzip, aber etliche Varianten! Welche Anlage ist denn für Sie perfekt geeignet? Welche Kollektoren sollten genutzt werden? Und wie erfolgt die Montage? All das und mehr auf dieser Seite ...
1. Wie funktioniert die Solarthermieanlage?
Die Funktion der Solarthermie möchten wir gerne anhand der nebenstehenden Grafik erklären.
1. Innerhalb der Solarkollektoren, die man auf dem Dach sehen kann, befindet sich eine kalte Trägerflüssigkeit (hier blau dargestellt). Durch die Sonnenenergie wird diese Flüssigkeit im Kollektor richtig heiß und von der Pumpe weiterbefördert, bis sie zum Wärmetauscher gelangt (rot dargestellt).
2. Der Wärmetauscher ist im Grunde eine Art Heizspirale, durch die, die solar erwärmte Trägerflüssigkeit geleitet wird. Er befindet sich innerhalb des Wasserspeichers. Der Wärmetauscher sorgt dafür, dass die Wärme der nun erhitzten Wärmeträgerflüssigkeit auf das Trinkwasser im Speicher oder das Heizungssystem übertragen wird. Die Trägerflüssigkeit kommt niemals mit dem zu erwärmenden Wasser in direkte Berührung oder Vermischung, sondern sie wird durch eine Heißwasser-Spirale geleitet, welche den Speicher durchquert. Mittlerweile gibt es aber auch schon Systeme von einigen Herstellern, bei denen es keine zirkulierende Trägerflüssigkeit mehr gibt, sondern das zu erwärmende Wasser direkt in den Kollektoren erhitzt wird.
3. Der Solarspeicher übernimmt hier die Aufgabe einer Thermoskanne – hält also die erzeugte Wärme auf lange Zeit im Behälter. Eine üblicherweise angestrebte Temperatur innerhalb des Solarspeichers sind 50°C. Sobald die Temperatur erreicht wurde, schaltet sich die Pumpe (auch Umwälzpumpe genannt) ab. Nun wird warmes Wasser, beispielsweise zum Duschen oder um die Heizung zu betreiben, entnommen. Aber selbst wenn dies nicht der Fall sein sollte, dann kühlt der Speicher in den folgenden Stunden dennoch leicht ab. Sobald eine bestimmte Minimaltemperatur erreicht wurde (zum Beispiel 45°C), springt die Pumpe wieder an und die solar erwärmte Trägerflüssigkeit wird durch den Wärmetauscher geführt.
4. Reicht die Sonnenwärme nicht aus, wird im oberen Teil des Behälters das Wasser durch einen weiteren Wärmetauscher (der an das herkömmliche Heizsystem des Hauses angeschlossen ist) auf die nötige Temperatur gebracht. Wird es tatsächlich mal zu heiß im Speicher, so sorgt ein Überdruckventil für die nötige Sicherheit.
5. Sobald der Wärmeträgerflüssigkeit die Energie entzogen wurde und es damit abgekühlt ist, wird es wieder nach oben gepumpt und der Kreislauf beginnt von Neuem.
Eine Solarthermieanlage besteht aus verschiedenen Komponenten. Die 4 wichtigsten sind die Solarkollektoren, der Solarspeicher, der Solarregler und die Solarstation. Auf dieser Seite erfahren Sie alles zum Solarkollektor und worauf Sie bei der Auswahl achten müssen. Auf der nächsten Seite stellen wir Ihnen dann die drei anderen Hauptbestandteile vor.
2. Der richtige Solarkollektor
Die wichtigste Frage wäre vorerst, wofür der Solarkollektor benötigt wird. Hier geht es um die unterschiedlichen Anwendungszwecke.
2.1. Schwimmbaderwärmung mit Solarthermie
Für die Erwärmung des Schwimmbades reichen normalerweise einfache Absorbermatten aus – vergleichbar mit dem Effekt, einen schwarzen Schlauch einfach in die Sonne zu legen. Das Wasser im Schlauch heizt sich schnell auf. Absorbermatten bestehen aus schwarzem Kunststoff und werden ebenfalls einfach mit dem Schwimmbadwasser durchströmt.
2.2. Trinkwassererwärmung / Warmwasser
Eine sehr häufige Nutzung der Sonnenenergie dient zur Trinkwassererwärmung (Warmwasserbereitung). Hier sind Flachkollektoren sinnvoll.
Diese Solarkollektoren bestehen meist aus dem Absorber, einem Kupferblech dessen Unterseite mit Röhren durchzogen ist, in welchen die Flüssigkeit erwärmt wird. Die Oberseite wird geschwärzt und mit speziellen Beschichtungen versehen. Diese Beschichtungen sorgen dafür, dass der größte Teil der Sonnenwärme (95%) absorbiert wird. Der Absorber wird in ein Gehäuse eingeschlossen, so wie mit Wärmedämmung und einer tranparenten Abdeckung versehen. Die tranparente Abdeckung besteht normalerweise aus bruchfestem, sehr eisenarmen und damit lichtdurchlässigem Glas.
Flachkollektoren werden sehr häufig mit Photovoltaikmodulen verwechselt, weil diese sehr ähnlich aussehen.
2.3. Warmwasserbereitung + Heizungsunterstützung
Soll die Solaranlage zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung genutzt werden sind entweder hochwertige Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren sinnvoll.
Da bei Flachkollektoren zwischen Absober und transparenter Abdeckscheibe noch Luft vorhanden ist, kann hier durch Luftzirkulation in diesem Zwischenraum Wärme verloren gehen. Außerdem geht ein Teil der Wärme durch Wärmeleitung verloren – dass heißt durch Weiterleitung der Wärme an die Außenflächen des Kollektors.
Bei den Vakuumröhrenkollektoren werden diese Wärmeverluste ausgeschlossen, da die Leitungen mit dem Wärmeträger (der zu erhitzenden Flüssigkeit) in einem Vakuum gelagert werden. Dieser luftleere Zwischenraum verhindert den Großteil des Wärmeverlustes durch Konvektion (Zirkulation der Luft) und Wärmeleitung.
Solarkollektoren gibt es also in zwei Ausführungen: Solarthermie-Flachkollektoren und Solarthermie-Röhrenkollektoren. Beide sind technologisch weit fortgeschritten, haben aber jeweils ihre Vor- und Nachteile - jetzt noch ein paar weitere Infos dazu.
2.4. Solarthermie-Flachkollektoren
Flachkollektoren ähneln optisch sehr den Photovoltaikmodulen, mit denen man Solarstrom erzeugen kann. Sie besitzen eine glatte schwarze Fläche aus Glas und sind daher verhältnismäßig unauffällig, so dass es dem Geschmack vieler entgegenkommt.
Im Vergleich zu den Röhrenkollektoren ist die Wärmeausbeute bei den Flachkollektoren geringer, dafür sind sie in der Anschaffung günstiger. Wahrscheinlich sind der niedrigere Preis und die aktuelle Förderpolitik auch das entscheidende Argument pro Flachkollektor.
Wenn nur eine Fassadenmontage infrage kommt, beschränkt sich Ihre Auswahl wohl komplett auf einen Flachkollektor.
Nachteile: Wärmeverluste und dadurch geringere Energieerzeugung
2.5. Solarthermie-Röhrenkollektoren
Die Röhrenkollektoren kann man daran erkennen, dass sie aus nebeneinander montierten Glasrohren bestehen. Das ist optisch vergleichsweise auffällig.
Innerhalb der Röhren wird ein Vakuum erzeugt (darum nennt man sie auch Vakuumröhrenkollektoren), was dazu führt, dass die Wärmeverluste äußerst gering ausfallen. So spielen solarthermische Röhrenkollektoren im Winter ihre Stärke aus, denn hier übertrifft die Wärmeausbeute die der Flachkollektoren bei Weitem.
Aber Achtung: Wie viele kalte und zugleich sonnige Tage gibt es im Jahr wirklich? Denn nur an solchen Tagen merkt man die Ertragsunterschiede wirklich. Die höheren Wirkungsgrade muss man schließlich bei der Anschaffung mit höheren Preisen mit bezahlen.
Wirklich sinnvoll sind Röhrenkollektoren wie bereits erwähnt, wenn die Solaranlage auch die Heizung unterstützen soll, weil dies mehr Kollektorfläche benötigt, als bei der reinen Warmwasserbereitung.
Überlegen Sie vielleicht auch noch eine Photovoltaikanlage zu installieren? Dann könnte der Platz auf dem Dach eng werden. Hier sind Röhrenkollektoren die erste Wahl, da sie weniger Platz einnehmen.
Flachkollektoren müssen in der Regel nicht gereinigt werden. Auf der glatten Fläche kann sich kaum Laub halten und Dreck wird mit dem Regen abgewaschen. Beim Röhrenkollektor sind das anders aus: Laub verfängt sich leicht und unter (zugegebenermaßen sehr seltenen) Umständen kann ein Rohr brechen.
Nachteile: teurer, Indachmontage unbezahlbar teuer, verschmutzungsanfällig
3. Die richtige Montage der Sonnenkollektoren
Man unterscheidet vier Montagearten der Solarkollektoren:
- Aufdachmontage
- Indachmontage
- Freiaufstellung
- Fassadenmontage
Bevor Sie sich für eine Möglichkeit entscheiden, überprüfen Sie unbedingt auch das Dach!
Muss das Dach in naher Zukunft saniert werden, so empfiehlt es sich, dies vor der Montage der Kollektoren zu tun (oder vielleicht sogar zeitgleich), um eine Demontage bei der Dachsanierung zu vermeiden. Weiter sollten die verwendeten Materialien zusammen passen. Einige Materialkombinationen können zu Korrosionsproblemen führen (zum Beispiel Kupfer und Zink).
Außerdem muss die Konstruktion der montierten Solar-Kollektoren gegen die Wetterbedingungen beziehungsweise Umwelteinflüsse beständig sein. Über 20 Jahre sollte die Anlage mit folgenden Dingen zurechtkommen:
- Vogelfraß (wichtig bei Leitungen und Anschlüssen)
- UV-Strahlung
- Regen und Schnee
- Temperaturschwankungen im Jahr
3.1. Aufdachmonatge
Die Aufdachmontage könnte man als die klassische Variante bezeichnen. Sie wird am häufigsten gewählt. Dabei wird eine Trägerkonstruktion mit dem Dach verbunden. Auf dieses Gerüst werden die Solar-Kollektoren montiert.
Nachteile: optisch weniger ansprechend
3.2. Indachmontage
Eine optische sehr ansprechende Alternative sind dachintegrierte Solarkollektoren, die sogenannte Indachmontage. Dabei werden die Kollektoren nicht mithilfe eines Trägers auf die Dachpfannen montiert, sondern sie ersetzen einen Bereich der Pfannen.
Diese Variante ist etwas teurer, bietet sich aber besonders bei Neubauten an, da man sich die Anschaffung von einigen Quadratmetern Dachpfannen spart. Oder im Falle einer Neueindeckung des Daches ersetzen die Solarkollektoren die benötigte Dacheindeckung beziehungsweise die Dachziegel.
Viele schrecken vor der Solarthermie zurück, da sie die optische Veränderung des Hauses scheuen, empfinden aber die dachintegrierte Kollektorinstallation als weniger störend oder sogar ästhetisch.
Nachteile: teuerste Variante, meist ist eine bestimmte Dachneigung Voraussetzung, aufwendigste Variante
3.3. Freiaufstellung auf Flachdach oder Freifläche
Auf der Freifläche oder dem Flachdach wird eine Aufständerung angebracht, auf welche die Solarkollektoren montiert sind. Zu beachten ist die größere Angriffsfläche für den Wind bei dieser Konstruktion.
Bei einem Flachdach muss außerdem gewährleistet sein, dass Ihr Dach der statischen Belastung standhält. Die Aufständerung auf dem Dach kann entweder durch Betongewichte stabilisiert werden oder direkt in das Dach verschraubt werden. Wichtig hierbei ist den Dachdecker zu Rate zu ziehen um die korrekte Montage bei gleichzeitiger Dichtigkeit des Daches zu gewährleisten.
Nachteile: Komplikationen bei Monatge der Aufständerung
3.4. Fassadenmontage
Befestigung an der südlichen Hauswand. Entweder als senkrechte Integration in die Fassade oder mit Hilfe einer Dreieckskonstruktion so an der Fassade befestigt, dass der optimale Neigungswinkel erreicht wird.
Nachteile: die solare Ausbeute ist meist etwas geringer, da die Sonnenstrahlen selten im optimalen Winkel auf die Kollektoren auftreffen
4. Varianten der Solarthermieanlage
Bitte beachten Sie, dass immer neue Systeme auf dem Markt erscheinen und alte Solar-Systeme verbessert werden. Deshalb ist es möglich, dass die genannten Varianten nicht vollständig sind. Welches Solar-System im Endeffekt verwendet wird, ist individuell mit dem Fachmann abzuklären.
Die folgende Auflistung ist also nicht dazu gedacht, dass Sie selber die komplette Planung einer Anlage übernehmen sollen, sondern Sie mit einem soliden Wissen zum Thema "Solarthermie" auszustatten, was bei dem Gespräch mit der Fachfirma immer eine Hilfe ist.
4.1. Solar Warmwasser erzeugen - High-Flow-System
Bei einer Durchflussmenge von ca. 30 bis 50 Litern pro Stunde durch die Kollektoren spricht man von einer High-Flow-Anlage. Bei dieser Fließgeschwindigkeit des Wärmeträgers (Flüssigkeit, die die Wärme aufnimmt und nachher das Wasser der Heizung erwärmt) wird dieser bei einer Einstrahlung von 800-1000 W/m² um ca. 10°C erwärmt.
Ist der Speicher also 20°C warm kommt der Wärmeträger mit 30° zurück. Ist der ganze Speicher dann schon auf 30°C gestiegen, dann kommt der Wärmeträger mit 40°C zurück und so weiter. Die Temperatur bei dieser Art der Solar-Warmwasser-Erzeugung steigt bei Sonneneinstrahlung also langsam und gleichmäßig.
4.2. Standard mit niedrigem Durchfluss - Low-Flow-System
Die Durchflussmenge durch den Kollektor wird auf 15 bis 20 Litern pro Quadratmeter (m²) reduziert, so dass der Wärmeträger stärker erwärmt wird (bleibt eben länger der Sonnenwärme ausgesetzt). Eine Erhöhung von 20 bis 30°C ist vorgesehen. Damit sich das nun heiße Wasser nicht mit dem kalten Wasser im Speicher vermischt, muss es schnell im Speicher nach oben gelangen, was durch externe Wärmetauscher und Schichtenspeicher ermöglicht wird.
Nachteile: Höhere Kosten durch Schichtenspeicher und externen Wärmetauscher.
4.3. Anlagen mit drehzahlgeregelter Pumpe - Matched flow
Die Pumpe der Solaranlage wird anhand der Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher gesteuert, passt sich also der jeweiligen Sonneneinstrahlung an.
Nachteile: Wie bei dem vorigen Solar-System sind wieder externe Wärmetauscher und ein Schichtenspeicher nötig - also höhere Kosten.
4.4. Solarthermieanlage mit photovoltaischer Pumpe
Die Pumpe wird über die Photovoltaikanlage mit Solarstrom versorgt, wenn die Sonne scheint.
Nachteil: Hohe Kosten für die Solarzellen (bis 500,00 EUR); es muss eine Gleichstrompumpe verwendet werden, welche teurer ist und anfälliger ist.
4.5. Solar-Warmwasser als Schwerkraftanlage
Bei dieser solaren Warmwasser-Gewinnung wird auf eine Pumpe verzichtet. Das erwärmte Wasser steigt automatisch in den Leitungen auf und gelangt zu dem über dem Kollektor liegenden Speicher (z. B. auf dem Dach). Das kalte Wasser im Speicher sinkt ab und gelangt so automatisch zum Kollektor, um dort wieder erwärmt zu werden.
4.6. Drain-Back-Anlagen
Wenn die Pumpe nicht eingeschaltet ist wird bei diesem System der Kollektor vollständig entleert. Der Wärmeträger befindet sich hier in einem zusätzlichen Auffangbehälter.
Vorteile: Es besteht keine Frostgefahr bei dieser Variante, so dass als Wärmeträger auch Wasser eingesetzt werden kann. Es kann nicht zur Dampfbildung kommen.
Nachteile: Bei diesem System werden stärkere Pumpen gebraucht - damit also auch meist lautere. Kollektoren und Zuleitung müssen genau verlegt werden (mit Gefälle), damit beim Füllen alle Luft aus den Kollektoren gedrückt wird und beim Entleeren kein Wasser zurückbleibt, da es sonst doch Frostschäden oder Einbußen bei der Erwärmung auftreten.
4.7. Externe Wärmetauscher
Bei kleineren solarthermischen Systemen werden normalerweise die internen Wärmetauscher verwendet, welche als Heizschlange im Speicher selber vorhanden sind. Der externe Wärmetauscher ermöglicht eine bessere Übertragung der Wärmeleistung. Die folgende Zeichnung zeigt die Anordnung des Tauschers.
Vorteile: Im Speicher kann das erwärmte Wasser direkt nach oben geschichtet werden und es können größere Wärmeleistungen übertragen werden, weshalb sich das System für große Anlagen vorteilhaft verwenden lässt. Bei Verwendung mehrerer Speicher wird nur ein Wärmetauscher benötigt.
Nachteile: Höhere Anschaffungskosten aufgrund zweiter Pumpe
4.8. Verwendung mehrerer Solarspeicher
Die nebenstehende Grafik zeigt die Verwendung von mehreren Speichern.
Vorteile: Wenn aus Platzgründen (Raumhöhe, Türbreite) ein einzelner großer Speicher nicht verwendet werden kann, besteht hier die Möglichkeit zwei kleinere zu benutzen.
Mehrere Speicher sind oft günstiger in der Anschaffung und Montage, als ein einzelner großer Speicher.
4.9. Nachrüstung bei vorhandenen Systemen
Bei der Nachrüstung einer vorhandenen Anlage kann entweder der möglicherweise bereits vorhandene Speicher gegen einen Solarspeicher ersetzt werden, oder der neue zusätzliche solarthermische Speicher wird mit dem alten in Reihe geschaltet, wie unten auf der Zeichnung zu erkennen ist. Das Wasser wird jeweils im unteren Bereich der Speicher durch einen Wärmetauscher erwärmt.
4.10. Thermische Solaranlagen mit Schichtenspeichern
Dieses System spart ca. 10% Energie im Gegensatz zu Standardanlagen. Dies wird dadurch erreicht, dass bei der Beladung des Speichers eine Durchmischung der verschiedenen Temperaturbereiche im Speicher vermieden wird.
Vorteile: Die Solltemperatur im oberen Speicherbereich wird schnell erreicht. Die Nachbeheizung des Wassers wird bei dieser Art thermischer Solaranlage stark vermindert. Da im Kollektorkreis normalerweise der Durchfluss reduziert ist, werden geringere Rohrquerschnitte benötigt, was Kosten spart und Wärmeverlust reduziert.
Nachteile: Sorgfältige Planung der Komponenten und des Durchflusses muss gewährleistet sein. Es wird ein externer Wärmetauscher und oft eine zusätzliche Pumpe benötigt -> zusätzliche Kosten.
4.11. Solarthermieanlagen mit Kombispeichern
Kombispeicher dienen dazu, bei großen Speichern das Trinkwasservolumen klein zu halten.
Vorteil: Man spart sich die thermische Desinfektion des Trinkwassers, da das Trinkwasservolumen klein gehalten wird.
Nachteil: Es ist ein leistungsfähiger Wärmetauscher nötig, welcher die Anlage etwas teurer werden lässt.
4.12. Solarthermie-Anlagen mit Zirkulationsleitung
Bei langen Leitungen zwischen Speicher und Entnahmestelle kommt es schnell vor, dass das Wasser schon wieder abgekühlt ist und es lange dauert, bis wirklich warmes Wasser entnommen werden kann. In diesem Fall empfiehlt sich eine eine thermische Solaranlage mit Zikulationsleitung, in welcher das Wasser in einem Kreislauf immer wieder umgewälzt wird und so die Temperatur in der kompletten Leitung erhalten bleibt.
Vorteil: An den Zapfstellen kann ohne groß zu warten warmes Wasser entnommen werden.
Nachteile: Die Temperaturschichtung im Speicher wird gestört - dadurch kommt es zum Energieverlust. Man benötigt eine zusätzliche Pumpe um die Zirkulation in Gang zu halten - somit elektrischen Strom! In langen Leitungen entstehen immer Wärmeverluste - man sollte hier besonders auf gute Isolierung achten!
4.13. Thermische Solaranlagen mit Nachheizung
Hier bringt eine Durchlauferhitzer das bereits vorgewärmte Wasser auf die Solltemperatur. Man muss jedoch ein Gerät haben, was die Leistung entsprechend genau anpassen kann. Dieses System spart somit an Energie bei dem Durchlauferhitzer, da das Wasser bereits vorgewärmt ist!
5. Solarthermie-Checklisten
In der Planungsphase einer Solarthermieanlage muss man sich ganz schön viel merken. Damit Sie nichts übersehen, haben wir Ihnen die wichtigsten Punkte hier in Form einer Checkliste zusammengefasst.
Diese kurze Checkliste gibt einen einfachen Überblick über die wichtigsten Schritte der Installation Ihrer Solarthermieanlage. Angesprochen werden beispielsweise der Zugang zum Dach und zum Speicheraufstellraum. Außerdem werden einige Tipps zur Montage der Anlage und möglichen Schäden gegeben.
| Solarthermie Checklisten | Link zum Download |
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Bauphase Wenn Sie die ganze Planung bereits hinter sich gelassen haben, wird es Zeit die Installation zu beginnen. Diese kurze Checkliste gibt einen einfachen Überblick über die wichtigsten Schritte der Installation Ihrer Solarthermieanlage. Angesprochen werden beispielsweise der Zugang zum Dach und zum Speicheraufstellraum. Außerdem werden einige Tipps zur Montage der Anlage und möglichen Schäden gegeben. |
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Förderbare Kollektoren und Solaranlagen Diese Checkliste wird von dem Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) herausgegeben. Wenn Sie staatliche Förderungen für ein bestimmtes Solarthermie-Produkt erhalten möchten, sollten Sie in dieser Liste nachschauen, ob das von Ihnen gewählte die Förderkriterien erfüllt. |
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Vergleich von Angeboten Wenn Sie die verschiedenen Vergleichsangebote für eine Solarthermieanlage erhalten brauchen Sie einen Wegweiser, um diese Angebote genauer zu prüfen. Diese kurze Checkliste gibt einen Überblick über die Komponenten der Anlage... somit können Sie das Angebot schnell darauf prüfen, ob alles Wichtige aufgeführt ist. Neben diesen Punkten finden Sie noch eine Bewertungs-Vorlage für die Firmen, die Ihnen das Solarthermie Angebot unterbreitet haben |
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5.1. Weitere Checkpunkte zur Installation der Solaranlage
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Zugang zum Dach Ist bereits mit dem Handwerker abgeklärt, wie der Zugang zum Dach erfolgt? |
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Zugang zum Speicheraufstellraum Ist der Raum für den Speicher freigeräumt? |
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Vor der Installation - Die Anlieferung Nehmen Sie oder der Handwerker die Ware entgegen?
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Schäden die erst später festgestellt werden Werden vom Installateur später Schäden festgestellt, wird sich dieser mit dem Hersteller in Verbindung setzen um die Ware zu reklamieren. |
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Montage der Solaranlage Wird natürlich vom Handwerker durchgeführt - achten Sie trotzdem mit auf sorgfältige Wärmedämmung der Leitungen– besonders bei den Anschlüssen! |
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Abnahme der Solaranlage Gehen Sie mit Ihrem Installateur sorgfältig die verschiedenen Punkte des Abnahmeprotokolls durch, bevor Sie Ihre Unterschrift darunter setzen.
Sammeln Sie folgende Unterlagen und legen Sie diese ab, falls später an der Anlage Teile ersetzt werden müssen:
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