Aufbau und Wirkungsweise einer Thermischen Solaranlage

Aufbau und Wirkungsweise einer Thermischen Solaranlage
Die Glasabdeckung des Kollektors soll die einfallenden
Sonnenstrahlen gut durchlassen, aber die Wärmerückstrahlung des
Absorbers und Wärmeverluste durch Konvektion möglichst
verhindern. Meist besteht sie aus einem hoch transparenten
Sicherheitsglas, das auch als Solarglas bezeichnet wird. Das Glas
wird thermisch vorgespannt und besitzt einen stark reduzierten
Eisengehalt. Der Transmissionsgrad ( Durchlässigkeitsgrad ) erhöht
sich durch dem im Vergleich zu normalem Fensterglas geringen
Eisengehalt um 5 bis 7% und erreicht Werte bis zu 92%.
Das Gehäuse besteht aus dem Kollektorrahmen und der
Wärmedämmung. Letztere soll die Wärmeverluste zu den Seiten und
vor allem zum Dach hin so gering wie möglich halten. Als
Dämmmaterialien werden Mineralwolle und/oder Hartschaum, aber
auch Flachs, Isofloc ( Altpapierfasern ) und Schafswolle verwendet.
Die Qualität des Rahmens ist für die jahrzehntelange
Funktionssicherheit des Kollektors von großer Bedeutung. Da er
leicht, witterungsbeständig, windungssteif, schlagfest und
wasserdicht sein muss, besteht er meist aus Aluminium, Edelstahl
und glasfaserverstärktem Kunstsoff.
Kollektorbauarten
Kollektoren lassen sich nach der Form des Absorberabdeckung in
Flach- und Röhrenkollektoren einteilen. Zur Wärmedämmung von
Flachkollektoren wird neben den vorgenannten Dämm-Materialien
von einigen Herstellern die gute Dämmwirkung des Vakuums
genutzt. Diese Art der Dämmung wird bei Röhrenkollektoren
ausschließlich verwendet und trägt zu den geringen Wärmeverlusten
dieser Bauart bei.
Flachkollektoren werden zur Zeit am häufigsten eingebaut. Meist
dienen sie zur Warmwasserbereitung und werden häufig auf
Steildächern montiert.
Die wichtigsten Bauarten des Flachkollektors sind:

Flachkollektor mit schwarz lackiertem Absorber

Flachkollektor mit selektiv beschichtetem Absorber

Selten Vakuum-Flachkollektor
Nachteile der Flachkollektoren sind:

Wegen der Luftbewegung im Inneren des Kollektors gibt es
Konvektionsverluste

Die Strahlungsverluste sind sehr hoch. Im Einzelnen hängen sie
von der Temperatur und vom Absorbermaterial ab

Die gesamten Wärmeverluste sind im Vergleich zu den anderen
Bauarten hoch

Eventuell Kondenswasserbildung an der Glasabdeckscheibe
Vorteile der Flachkollektoren sind:

Billig in der Anschaffung ,( Kostengünsig, Preisbewust ), billig
bringt es aber auf den punkt

Bei Vakuum-Röhrenkollektoren befindet sich der Absorber in
einer beidseitigen verschlossenen hoch evakuierten Glasröhre
mit ca. 65 bis 100 mm Durchmesser. Das Vakuum innerhalb der
Röhre verhindert jede Luftströmung und unterbindet damit den
unerwünschten Wärmetransport ( Wärmeleitung und
Konvektion ) vom Absorber zum Glas fast völlig. Eine Anzahl
von 6 bis 30 Röhren in Reihe geschalteter über eine
Sammelleitung verbundener Röhren bildet den Kollektor, der in
der Lage ist, auch diffuse Strahlung zu nutzen. Die wichtigsten
beiden Vakuum-Röhrenkollektoren sind.

Direkt durchströmter Röhrenkollektor

Heat-Pipe-Röhrenkollektor ( Wärmerohr-Prinzip )
Beim direkt durchströmten Röhrenkollektor fließt die
Wärmeträgerflüssigkeit über Vor- und Rücklauf direkt durch die
Vakuumröhre. In der Mitte des Absorberstreifens ist ein KoaxialWärmetauscherrohr eingebettet. Im Innenrohr des Wärmetauschers
fließt die kalte Wärmeträgerflüssigkeit in den Absorber (Vorlauf),
der die Wärme über das Wärmetauscherrohr an das
Wärmeträgermedium übergibt. Anschließend fließt es im Außenrohr
des Wärmetauschers wieder zurück (Rücklauf).
Jede dieser einzelnen Vakuumröhren ist drehbar gelagert sodass sie
unabhängig voneinander optimal zur Sonnenstrahlung ausgerichtet
werden können. Hierdurch ist es möglich, die Vakuumröhren auf
Flachdächern, Fassaden oder Balkonen und auf Schrägdächern
längs oder quer anzubringen, ohne dass es zu nennenswerten
Einstrahlungsverlusten kommt.
Beim Heat-Pipe-Röhrenkollektoren ist in der Mitte des Absorbers
das Wärmerohr untergebracht. Es ist mit einer Flüssigkeit gefüllt,
die schon bei niedrigen Temperaturen verdampft (z.B. Alkohol ). Bei
Sonneneistrahlung leitet der Absorber die Wärme an das Wärmerohr
weiter und die darin enthaltene Flüssigkeit wird verdampft. Im
darüber liegenden Kondensator gibt der Dampf seine Wärme über
einen Wärmetauscher an die die Wärmeträgerflüssigkeit des
Solarkreises ab und wird dabei wieder verflüssigt. Das Kondensat
fließt an der Innenwand des Wärmerohres als Flüssigkeitsfilm nach
unten und der Vorgang beginnt von neuem. Damit das
Alkoholgemisch im Wärmerohr leicht zirkulieren kann, müssen diese
Röhren mit einer Mindestneigung von 20° installiert werden. Bei
beiden Röhrenkollektorarten wird eine Systemnutzungsrate von 40
bis 50% pro Jahr erreicht.
Vorteile:

Der Absorber kann gedreht werden und optimal zur Sonne
ausgerichtet werden, bei Schrägeinfall der Sonnenstrahlung ist
die Strahlungsdurchlässigkeit der Glasröhre höher als die einer
ebenen Glasscheibe, dadurch kleinere Kollektorfläche bei
gleichem Ertrag möglich, montagefreundlicher
Röhrenaustausch.
Nachteile:

Keine

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