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Kollektor - Herzstück der Solaranlage, Übersicht

Die Sonne ist der Wärmesender. Ein KollektorKollektor
Ein Kollektor ist ein Wärmesammler, z.B. ein Solarkollektor der die Wärme der Solarstrahlung aufnimmt und an die Solarflüssigkeit übergibt, ein Erdreichkollektor, der dem Erdreich Wärme entzieht und an die Sole übergibt oder ein Luftkollektor, der solare Wärme an vorbeiströmende Luft übergibt.
der Wärmeempfänger. Ein Kollektor besteht, vereinfacht gesagt, aus

  • einem mit Wasser gefüllter schwarzer Gartenschlauch, der in
  • einem mit einer Glasscheibe bedecktem und allseitig geschlossenen Kasten liegt.

Die auftreffende Sonnenstrahlung tritt durch die Glasscheibe in das Innere des Kastens, wo sie den Gartenschlauch und damit das Wasser erwärmt. Die Glasscheibe über und eine WärmedämmungWärmedämmung
Eine Wärmedämmung mindert den Wärmestrom von der warmen zur kälteren Seite eines Bauteiles. Dazu werden Stoffe mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit (Wärmedämmstoff) als Schicht zwischen Warm und Kalt eingebracht. Eine sehr gute Wärmedämmung wird mit einem Vakuum erzielt (Thermoskanne). Auch ruhende Luft dämmt den Wärmefluss sehr gut. Um eine hohe Wärmedämmwirkung zu erzielen, dürfen Wärmedämmstoff(e) nicht durchströmt werden und eine bestimmte Einbaudicke nicht unterschreiten.
unter dem Gartenschlauch verhindern, dass die "gefangene" Wärme wieder nach außen abgegeben wird. Lässt man also kaltes Wasser durch den Gartenschlauch fließen, kommt es - sofern die Sonne scheint -  erwärmt am anderen Ende wieder heraus.

Schwarze Kupferabsorber statt Gartenschläuche
Prinzipieller Aufbau eines Flach-Kollektors, Bildquelle: Institut für wirtschaftliche Oelheizung (IWO)

Industriell hergestellte Kollektoren nutzen keinen Gartenschlauch. Er würde die Sonnenstrahlen schlecht absorbieren (aufnehmen) und durch die UV-StrahlungUV-Strahlung
Die ultraviolette Strahlung ist eine elektromagnetische Strahlung wie das sichtbare Licht. Die Wellenlänge der UV-Strahlung liegt aber im Spektralbereich zwischen violett (kurzwellig) und dem Beginn des Röntgenbereiches. Die Strahlung ist daher unsichtbar. UV-Strahlung hat die Eigenschaft bestimmte Materialen zu zerstören, u.a. Dämmstoffe wie PU-Schaum, aber auch Farben.
der Sonne schnell kaputt gehen. Vor allem aber würde ein normaler Gartenschlauch die bei einem Flach-Kollektor auftretenden Temperaturspitzen bis 160°C kaum überleben. Daher werden schwarz beschichtete Absorberbleche aus Kupfer eingesetzt, an denen ein Kupferrohr zur Wasserführung angebracht ist. Geschwärzt deshalb, weil solche Oberflächen, wie Sie wissen, bei Sonneneinwirkung am wärmsten werden. Man denke nur an den Unterschied zwischen schwarzer und weißer Kleidung im Sommer. Auch andere Materialien als Kupfer sind denkbar und wurden in der Vergangenheit eingesetzt. Kupfer aber ist ein sehr guter Wärmeleiter, korrodiert kaum und lässt sich durch löten gut und sicher verbinden.

Für Anlagen zur Warmwasserbereitung bzw. Heizungsunterstützung werden vor allem zwei Arten von Kollektoren eingesetzt:

»› Flachkollektor, Aufbau, Funktion
»› Vakuum- Röhrenkollektor, Aufbau, Funktion

Absorberblech aus Kupfer (selektive Beschichtungselektive Beschichtung
Die selektive Beschichtung ist eine spezielle Beschichtung der Absorber von Solarkollektoren zur Verringerung des Emissionsgrades. Früher war eine Beschichtung aus galvanisch aufgebrachtem Scharz-Chrom-Nickel üblich. Heute werden berührungsunempfindliche und beständige Tinox-Beschichtungen aufgebracht.
) wird am Absorberrohr angebacht (siehe auch »› Welche Absorberbeschichtung ist empfehlenswert?). Die Lötverbindung zwischen Blech und Rohr sichert eine gute und rasche WärmeübertragungWärmeübertragung
Wärme wird von einem zum anderen Körper bzw. Medium übertragen durch Konvektion, Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung.
. Abbildung: Solvis Braunschweig

Der prinzipielle Aufbau des Kollektor mit einem Absorberblech in einer wärmegedämmten Hülle findet sich ebenso bei dem so genannten Speicherkollektor wie bei einem Vakuum-Röhrenkollektor wieder.

Abbildung: Solvis Braunschweig

Da es sich bei einem Kollektor um ein wärmeaufnehmendes Bauteil handelt, ist der Energiefluss von besonderem Interesse. Nimmt man die Datenblätter verschiedener Hersteller zur Hand, sind es gerade die den Energiefluss charakterisierenden Werte, die über die Qualität von Kollektoren Auskunft geben.

Der Energiefluss an einem Kollektor
Bildquelle: Institut für wirtschaftliche Oelheizung (IWO) Direkte und Diffuse SolarstrahlungSolarstrahlung
Die Solarstrahlung ist die von der Sonne in den Weltraum ausgehende Energie. Sie entsteht infolge der Kernfusion im Sonneninneren. Die auf die Erde auftreffende durchschnittliche  Solarstrahlungsleistung beträgt 1.000 W/m². Die in Mitteleuropa auftreffende und damit theoretisch nutzbare Energiemenge macht etwa 1000 kWh/m² im Jahr aus. Man unterscheidet direkte Strahlung und diffuse Strahlung.
100 % gesetzt ergeben sich bei einem FlachkollektorFlachkollektor
FlachkollektorDer Flachkollektor ist ein einfach aufgebauter Solarkollektor mit wasserdurchströmten, wärmeaufnehmenden Absorberblechen in einem gut wärmegedämmten, mit Glas abgedeckten Kasten. Die Absorberbleche verfügen über eine selektive Beschichtung (TiNOx). Flachkollektor besitzen ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, weshalb sie heute überwiegend eingesetzt werden.
etwa folgende Verluste durch :

Die Höhe des verbleibenden Wärmegewinns sowie der WärmebedarfWärmebedarf
Der Wärmebedarf ist jene Nettowärmemenge in kWh, die zur Beheizung eines Raumes bzw. eines Gebäudes oder/und zur Warmwasserbereitung benötigt wird. Der Wärmebedarf ergibt sich aus dem Produkt der Heizlast und der Zeitdauer der Beheizung. Der Wärmebedarf für die Raumheizung setzt sich aus dem Transmissionswärmebedarf und dem Lüftungswärmebedarf zusammen.
und der Montageort entscheiden über die benötigte Größe der Kollektorfläche.

»› Wie viel Kollektorfläche braucht man?
»› Montage von Solarkollektoren

Bevor man sich für eine Anlage entscheidet:

»› Bewertung und Auswahl von Solarkollektoren

© by f.nowotka | zuletzt geändert am: 17.05.2005 | 25976 x gelesen


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