Kleine Kollektorkunde

Kern aller Solarkollektoren ist der Absorber, der die Sonnenenergie aufnimmt und an eine im Kreislauf zirkulierende Flüssigkeit abgibt. Da sich dieser Absorber erwärmt, strahlt er selbst wieder einen Teil seiner Energie ab. Weitere Verluste entstehen bei der Wärmeleitung durch das Material, sowie durch die so genannte Konvektion (Luftströmmungen nehmen die Wärme mit). Um die Konvektion einzudämmen, verlegt man den Absorber in ein Gehäuse mit Glasdeckel.
Beim Glas ist - ähnlich wie bei PV Modulen - auf niedrige Reflektionsverluste zu achten. Die Wärmeleitung verhindert man durch eine Dämmschicht auf der Rückseite und auf den Seiten des Gehäuses. Die Wärmestrahlung schließlich versucht man einzudämmen, indem der Absorber selektiv beschichtet wird. Er soll möglichst viel Sonnenstrahlung aller Wellenlängen aufnehmen, aber möglichst wenig der langwelligen Temperatur-Strahlung wieder abgeben.
Hochselektiv sind zum Beispiel Schwarzchrom (Galvanische Bäder), noch besser sind TiNox-Schichten (Titan-Nitrit-Oxid;Materialien werden zerstäubt und aufgedampft), sowie Keramik-Beschichtungen. Die letzten beiden Verfahren ermöglichen Absorbtionsgrade von 95% bei einem Emissionsanteil von nur 5%.
Ein gewisser Anteil der Verluste ist unabhängig von der Temperatur (zum Beispiel die Reflektionsverluste an der Glasplatte und am Absorber), dies definiert den so genannten optischen Wirkungsgrad. Ein anderer Verlustanteil steigt mit höherer Temperatur des Kollektors: Ab einem bestimten Temperaturunterschied gegenüber der Umgebungstemperatur strahlt der Kollektor so viel Wärme ab, wie er aufnimmt.
Man unterscheidet im wesentlichen zwei Bautypen:
Flachkollektoren (Rücklauftemp. von etwa 80 Grad) und die effektiveren und teueren Vakuumröhrenkollektoren (bis 120Grad). Letztere sind allerdings bauartbedingt, voluminöser und finden sich daher in keinem unserer Kombisysteme.
Der Flachkollektorenaufbau
Bei den Flachkollektoren dient ein flaches, schwarz beschichtetes Kupferblech als Absorber. Auf der Rückseite sind kupferne Leitungen eingepresst oder angeschweißt, welche direkt vom Wärmeträger durchströmt werden. Dieser Aufbau befindet sich in einem Gehäuse (meist aus Aluminium), welches an den Seiten und am Boden gegen Wärmeverluste gedämmt ist (Mineralwolle oder ähnliches). Als Deckel dient eine hagelsichere Glasplatte.
Der Vakuumröhrenkollektoraufbau
Der Vakuumröhrenkollektor besteht dagegen aus mehreren evakuierten Glasröhren mit innenliegendem Absorber. Dieses Thermoskannenprinzip hält die Wärmeverluste minimal. Daher können höhere Temperaturen als mit Flachkollektoren errreicht werden. Darüber hinaus liefern sie bei gleicher Fläche bis zu 50% mehr Ertrag.
Nachteil: Vakuumverlust mit den Jahren! Störungsanfälliger!

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