Branchenkenntnisse

Solarsammler: Verschiedene Typen und Anwendungsgebiete

Edit:Wenzhou Xihe Electric Co., Ltd.   Date:Sep 01, 2015

Sonnenkollektoren   Verwandeln Sonnenstrahlung in Wärme und übertragen diese Wärme auf ein Medium (Wasser, Solarflüssigkeit oder Luft). Dann kann Solarwärme zum Heizen von Wasser genutzt werden, um Heizsysteme zu sichern oder Schwimmbäder zu heizen.

Die Verwendung von Sonnenwärme

Das Herz eines Sonnenkollektors ist der Absorber, der gewöhnlich aus mehreren schmalen Metallstreifen besteht. Die Trägerflüssigkeit für den Wärmeübergang fließt durch ein wärmeführendes Rohr, das mit dem Absorberstreifen verbunden ist. Bei plattenartigen Absorbern werden zwei Blätter zusammengesetzt, so daß das Medium zwischen den beiden Blättern fließen kann. Absorber sind typischerweise aus Kupfer oder Aluminium gefertigt.

Schwimmbeckenabsorber dagegen sind in der Regel aus Kunststoff (meist EPDM, aber auch aus Polypropylen und Polyethylen), da die niedrigeren Temperaturen keine größere Wärmekapazität erfordern.

Heizung und Lagerung sind in einem   Reservoir Kollektor.   Arrays von Reservoir-Kollektoren brauchen keine Umwälzpumpen oder Regelmechanismen, da das Trinkwasser erwärmt und direkt im Kollektor gespeichert wird.

Hochwirksame Absorberflächen

Absorber sind meist schwarz, da dunkle Oberflächen eine besonders hohe Lichtabsorption aufweisen. Der Grad der Absorption zeigt an, dass die Menge der kurzwelligen Sonnenstrahlung absorbiert wird, die nicht reflektiert wird. Da sich der Absorber auf eine höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur erwärmt, gibt er einen großen Teil der angesammelten Sonnenenergie in Form von langwelligen Wärmestrahlen ab. Das Verhältnis der absorbierten Energie zur emittierten Wärme wird durch den Emissionsgrad angezeigt.

Um den Energieverlust durch Wärmeemission zu reduzieren, haben die effizientesten Absorber eine   Selektive Oberflächenbeschichtung . Diese Beschichtung ermöglicht die Umwandlung eines hohen Anteils der Sonnenstrahlung in Wärme und reduziert gleichzeitig die Emission von Wärme.

Die üblichen Beschichtungen bieten einen Absorptionsgrad von über 90%. Solare Lacke, die mechanisch auf die Absorber (mit Pinseln oder Sprays) aufgebracht werden können, sind weniger oder gar nicht selektiv, da sie ein hohes Emissionsniveau aufweisen. Galvanisch applizierte selektive Beschichtungen umfassen schwarzes Chrom, schwarzes Nickel und Aluminiumoxid mit Nickel. Relativ neu ist eine Titan-Nitrid-Oxidschicht, die über Dampf im Vakuum angewendet wird. Diese Beschichtungsart zeichnet sich nicht nur durch ihre sehr niedrigen Emissionsraten aus, sondern auch, weil ihre Produktion emissionsfrei und energieeffizient ist.

Flachkollektoren

  • Skizze eines Flachkollektors

Ein Flachkollektor besteht aus einem Absorber, einer transparenten Abdeckung, einem Rahmen und einer Isolierung. In der Regel wird ein eisenarmes Sonnenschutzglas als transparente Abdeckung verwendet, da es eine große Menge des kurzwelligen Lichtspektrums überträgt.

Gleichzeitig entweicht nur sehr wenig von der vom Absorber emittierten Wärme die Deckung (Treibhauseffekt).

Darüber hinaus verhindert die transparente Abdeckung, dass Wind und Brise die gesammelte Wärme wegnehmen (Konvektion). Zusammen mit dem Rahmen schützt die Abdeckung den Absorber vor widrigen Witterungsbedingungen. Typische Rahmenmaterialien sind Aluminium und verzinkter Stahl; Manchmal wird glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet.

Die Isolierung auf der Rückseite des Absorbers und an den Seitenwänden verringert den Wärmeverlust durch die Leitung. Isolierung besteht in der Regel aus Polyurethan-Schaum oder Mineralwolle, obwohl manchmal Mineralfaser-Isoliermaterialien wie Glaswolle, Steinwolle, Glasfaser oder Glasfaser verwendet werden.

Flachkollektoren zeigen ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, sowie eine breite Palette von Montagemöglichkeiten (auf dem Dach, im Dach selbst oder ungebunden).

Um den Wärmeverlust im Rahmen durch Konvektion zu reduzieren, kann die Luft aus den Kollektorrohren herausgepumpt werden. Solche Sammler können dann als evakuierte Röhrenkollektoren bezeichnet werden. Sie müssen einmal alle drei bis drei Jahre neu evakuiert werden.

Evakuierte Röhrenkollektoren

  • Skizze eines Wärmerohrkollektors

Bei dieser Art von Vakuumsammler befindet sich der Absorberstreifen in einer evakuierten und druckfesten Glasröhre. Das Wärmeübertragungsfluid strömt direkt durch den Absorber in einem U-Rohr oder im Gegenstrom in einem Rohr-in-Rohr-System. Mehrere Einzelrohre, seriell miteinander verbunden oder Röhren, die über Verteiler miteinander verbunden sind, bilden den Solarkollektor. Ein Wärmerohrkollektor enthält eine spezielle Flüssigkeit, die auch bei niedrigen Temperaturen zu verdampfen beginnt. Der Dampf steigt in den einzelnen Wärmerohren auf und erwärmt die Trägerflüssigkeit im Hauptrohr durch einen Wärmetauscher. Die kondensierte Flüssigkeit fließt dann zurück in die Basis des Wärmerohres.

Die Rohre müssen in einem bestimmten Maße über waagerecht gewinkelt sein, so dass der Prozess der Verdampfung und Kondensation funktioniert. Es gibt zwei Arten von Kollektor-Anschluss an die Solar-Kreislauf-System. Entweder erstreckt sich der Wärmetauscher direkt in den Verteiler ("nasse Verbindung") oder er ist mit dem Verteiler durch ein wärmeleitendes Material ("trockener Anschluss") verbunden. Ein "trockener Anschluss" ermöglicht es, einzelne Röhren auszutauschen, ohne das gesamte System seiner Flüssigkeit zu entleeren. Evakuierte Röhren bieten den Vorteil, dass sie mit hohen Absorbertemperaturen und bei geringer Strahlung effizient arbeiten. Höhere Temperaturen können auch für Anwendungen wie Warmwasserheizung, Dampferzeugung und Klimatisierung erhalten werden.

Wie viel Energie liefert ein Sonnenkollektor?

  • Diagramm der Effizienz und Temperaturbereiche von verschiedenen Arten von Kollektoren (Strahlung: 1000 W / m²)

Die Effizienz eines Solarkollektors ist definiert als der Quotient aus nutzbarer Wärmeenergie gegenüber der Solarenergie. Neben dem thermischen Verlust ist auch der optische Verlust. Der Umrechnungsfaktor oder der optische Wirkungsgrad h0 gibt den Prozentsatz der Sonnenstrahlen an, die die transparente Abdeckung des Kollektors (Getriebe) durchdringen und der Prozentsatz absorbiert wird. Grundsätzlich ist es das Produkt aus der Übertragungsrate der Abdeckung und der Absorptionsrate des Absorbers.

Die spezifischen Kosten der Sammler sind ebenfalls wichtig. Evakuierte Röhrenkollektoren sind wesentlich teurer (bei 511,29 - 1278,23 Euro / m² Kollektorfläche) als Flachkollektoren (153,34 bis 613,55 Euro / m²) oder sogar Kunststoffabsorber (25,60 bis 102) , 26 Euro / m²). Allerdings garantiert ein guter Sammler kein gutes Sonnensystem. Vielmehr sollten alle Komponenten von hoher Qualität und gleicher Kapazität und Stärke sein.

Text und Grafiken mit Genehmigung der:  
Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie eV - Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie

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