Wofür dienen eigentlich Sonnenkollektoren?

Sonnenkollektoren dienen zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in Wärme und deren Übertragung an ein Wärmeträgermedium (Wasser, Solarflüssigkeit, Luft). Anschließend kann die Sonnenwärme zum Beispiel zur Warmwasserbereitung, Heizungsunterstützung oder Schwimmbaderwärmung genutzt werden.

Welche Typen von Sonnenkollektoren gibt es?

a)der Flachkollektor

b)der Vakuum-Röhrenkollektor

Der Flachkollektor

Sie bestehen aus folgenden Bauteilen: Absorber, transparente Abdeckung, Gehäuse und Wärmedämmung (s. Skizze). Aufgrund eines hohen Transmissionsgrades für den kurzweiligen Spektralbereich kommt als transparente Abdeckung meistens ein eisenarmes Solarsicherheitsglas zum Einsatz. Gemeinsam mit dem Gehäuse schützt die den Absorber vor Witterungseinflüssen. Als Gehäusematerial wird vielfach Aluminium und verzinktes Stahlblech eingesetzt. Seltener wird glasfaserverstärkter Kunststoff eingesetzt.

Als Dämmaterialien werden hauptsächlich Polyurethan-Schaum und Mineralwolle benutzt. Mineralfaser-Dämmstoffe wie Glaswolle, Steinwolle, Glasfaser oder Fieberglas spielen nur eine untergeordnete Rolle.

Flachkollektoren zeichnen sich durch ein günstiges Preis-Leistungsverhältnis aus, sowie durch eine breite Palette an Montagemöglichkeiten (Indach, Aufdach, Freiaufstellung).

Bei dieser Art von Vakuumkollektor befindet sich der Absorberstreifen in einer evakuierten, druckfesten Glasröhre. Die Wärmeflüssigkeit durchströmt den Absorber direkt in einem U-Rohr oder im Gegenstrom in einem Rohr-im-Rohr-System. Mehrere einzelne hintereinandergeschaltete bzw. über eine Sammelleitung verbundene Röhren bilden den Sonnenkollektor. Bei Erhitzung verdampft die Flüssigkeit. Der Flüssigkeitsdampf steigt im Wärmerohr auf und gibt die aufgenommene Wärme über einen Wärmetauscher an die das Sammelrohr durchfließende Wärmeträgerflüssigkeit ab. Die kondensierte Flüssigkeit fließt anschließend wieder an das Wärmerohrende zurück. Damit der beschriebene Verdampfungs- und Kondensierungsprozeß ablaufen kann, müssen die Röhren mit einer Mindestneigung von der Horizontalen aufgebaut sein. Man unterscheidet zwei Arten von Kollektoranbindung an den Solarkreislauf. Entweder ragt der Wärmetauscher in die das Sammelrohr hinein ("nasse Anbindung") oder er ist wärmeleitend mit dem Sammelrohr verbunden ("trockene" Anbindung). Die "trockene" Anbindung ermöglicht den Austausch einzelner Röhren ohne ein Entleeren des gesamten Solarkreises. Vakuumkollektoren bieten den Vorteil, daß sie auch bei hohen Absorbertemperaturen und bei niedrigen Einstrahlungen mit einem guten Wirkungsgrad arbeiten. Außerdem sind höhere Temperaturen erreichbar (Heißwasserbereitung, Dampferzeugung, Klimatisierung).

Wieviel Energie liefert ein Sonnenkollektor?

Der Wirkungsgrad eines Sonnenkollektors ist definiert als Quotient aus nutzbarer thermischer Energie und auftreffender Sonnenenergie. Außer Wärmeverlusten treten optische Verluste auf. Der Konversionsfaktor oder optische Wirkungsgrad h0 gibt an, wieviel Prozent der Sonnenstrahlung durch die transparente Abdeckung des Kollektors gelangt und vom Absorber aufgenommen wird. Er ergibt sich im wesentlichen aus dem Produkt aus Transmissionsgrad der Abdeckung und Absorptionsgrad des Absorbers.

Die Wärmeverluste werden durch den thermischen Verlustfaktor oder k-Wert angegeben. Er gibt den Energieverlust in W pro m² Kollektorfläche und °C Temperaturdifferenz zwischen Absorber und Umgebung an. Je höher diese Temperaturdifferenz ist, desto größer sind die Wärmeverluste. Ab einer bestimmten Temperaturdifferenz sind die Wärmeverluste gleich dem Energieertrag des Kollektors, so daß dieser keine Energie mehr an den Solarkreislauf liefert.
Ein guter Kollektor verfügt über einen hohen Konversionsfaktor und einen niedrigen k-Wert.