Kollektortypen
Kollektoren lassen sich nach ihrer Bauart in Flach- und Röhrenkollektoren
unterscheiden, oder je nach Art der Montage in Kollektoren mit
selbstragendem Gehäuse (für Auf-Dach-Montage oder Freiaufstellung)
und Einbaukollektoren, die in die Dachhaut eingebunden werden.
Wichtiger bezüglich der Leistungskriterien ist jedoch die
Unterscheidung nach Art der Absorber und Abdeckung:
1. Freiliegende Absorber aus Kunststoff
Diese einfachen und preiswerten Systeme (ohne Abdeckung und Wärmedämmung)
werden für sommerlich genutzte Schwimmbäder eingesetzt,
wobei sie direkt vom Schwimmbadwasser durchflossen werden (Einkreissystem).
Das Material muß sowohl beständig gegen UV-Licht,
als auch gegen Schwimmbad-Chemikalien sein. Schwimmbadabsorber
werden heute meist in der Ausführung als Mattenabsorber
aus langlebigem EPDM- Kunstkautschuk oder als Schlauch- bzw.
Rohrregister aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) angeboten.
Gerippte (PP-)Rohre fördern die gewünschte Turbulenz
des Wärmeträgers und können durch die vergrößerte
Oberfläche viel Umweltwärme aufnehmen, sie finden auch
Einsatz in verglasten Kollektoren (als Schwerkraft- oder Serpentinenkollektor)
und eignen sich gut für den Selbstbau.
Obwohl Kunststoffe keine so gute Wärmeleitfähigkeit
wie Kupfer oder Aluminium und auch keine selektive Beschichtung
besitzen, arbeiten diese Systeme im Sommer mit gutem Wirkungsgrad.
2. Flachkollektoren ohne selektive Beschichtung
Solarlack-beschichtete Absorber werden heute weitgehend vom
Markt verdrängt; mit Ausnahme einiger weniger Hersteller
findet man sie praktisch nur noch in Selbstbau-Kollektoren, meist
in Form von Kupferblechen , die in den verschiedensten Weisen
mit Kupferrohren verlötet werden.
Sie eignen sich aber gut für die Brauchwassererwärmung
im Sommerhalbjahr und benötigen dazu nur etwa 15 bis 20
% mehr Fläche als Kollektoren mit selektiv beschichteten
Absorbern. Isolierdicken von mehr als 4 cm bringen kaum Verbesserung,
dagegen bringt eine zweite Abdeckung (oder die Verwendung von
Wärmeschutzglas) Vorteile im Winterhalbjahr und bei Wind.
Im Sommerhalbjahr gleichen sich optischer Verlust und thermischer
Gewinn durch die zweite Scheibe in etwa aus.
3. Flachkollektoren mit selektiver Beschichtung
Absorber mit galvanischer Selektiv-Beschichtung sind heute "Stand
der Technik" und werden in großen Stückzahlen
industriell gefertigt. Das Grundmaterial der Platinen ist entweder
Aluminium, Kupfer, oder Edelstahl, die wasserführenden Rohrleitungen
sollten aber nicht aus Aluminium sein (Korrosion !). Platine
und Rohr müssen einen guten Kontakt zueinander haben und
dünn sein, damit der Wärmefluß nicht behindert
wird. Die dünne, feinporige metallische Beschichtung wirkt
als "Strahlenfalle", das heißt sie läßt
zwar die auftreffenden Strahlen zu mehr als 90 % passieren (Absorption),
aber verhindert gleichzeitig auch weitgehend die Wärmerückstrahlung
des Absorbers (Emission 10..15 %). Man kann die Wirkung etwa
mit Fenstern aus Wärmeschutzglas (das ja mit einer Infrarot-reflektierenden
Schicht bedampft ist) vergleichen, deren k-Wert auch geringer
als der von normalen Fenstern ist. Der Wirkungsgrad des Kollektors
wird durch diese selektive Beschichtung, v. a. bei höheren
Temperaturdifferenzen und mäßiger Sonneneinstrahlung
erheblich verbessert.
3. Vakuumkollektoren
Der Luftraum zwischen Absorber und Abdeckung ist ganz evakuiert
oder im Unterdruck-Bereich. Als Absorber kommen wiederum selektiv
beschichtete Platinen zum Einsatz.
Je nach Grad der Evakuierung werden die Wärmeverluste, v.a.
durch Konvektion, weiter minimiert. Daher sind diese technologisch
anspruchsvollen Kollektoren auch für den Hochtemperaturbereich
(über 80 °C) besonders leistungsstark. Im Niedertemperaturbereich
(z.B. Warmwasserbereitung) kann zwar wegen der etwas höheren
Energieausbeute die aktive Absorberfläche etwa um 20 % kleiner
gewählt werden, dem stehen aber mehr als dreimal so hohe
Anschaffungskosten gegenüber und ein höheres technisches
Risiko, denn sobald Luft eintritt, ist die Funktionsfähigkeit
stark beeinträchtigt. Der Hersteller muß also das
Vakuum auf viele Jahre garantieren können, oder es muß
regelmäßig mit einer Pumpe wiederhergestellt werden.
Was wiederum zugunsten der Vakuumkollektoren spricht, ist die
zu erwartende Langlebigkeit der innerhalb des Kollektors verwendeten
Materialien, da sie ja nicht über einströmende Luft
äußeren Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Besonders
die empfindliche Beschichtung der Absorber kann somit auch nach
Jahrzehnten noch nicht durch Schmutz oder Korrosion in ihrer
Wirkung beeinträchtigt werden. Immer vorausgesetzt allerdings,
daß das Vakuum dicht hält, und der Kollektor nicht
anderweitig (z.B. durch Hagelschlag) Schaden nimmt.
Derzeit werden zwei Bauarten angeboten, deren Vor- und Nachteile
im folgenden kurz aufgezeigt werden:
Vakuum-Röhrenkollektor
Ein schmaler Absorberstreifen befindet sich in einem dünnwandigen
Glasrohr, das nahezu völlig evakuiert wird; er gibt seine
Wärme an ein Koaxialrohr ab, in dem eine Wärmeträgerflüssigkeit
zirkuliert.
Ein anderer Hersteller verwendet ein Edelstahlrohr, das mit leicht
verdampfender Flüssigkeit (Alkohol) gefüllt ist, die
die umgewandelte Strahlungswärme indirekt über einen
Kondensator an den Solarwärmekreislauf abgibt. Die Röhren
sind über Sammelleitungen zu Registern zusammengefaßt.
Vorteile: Sehr guter k-Wert (Hochvakuum), kein ständiges
Nachevakuieren erforderlich (aber auch nicht möglich), ungünstige
Himmelsrichtung kann durch Drehung der Röhren in Richtung
Süden teilweise ausgeglichen werden.
Nachteile: Etwas schlechterer optischer Wirkungsgrad als beim
Flachkollektor (Spiegelungen an der gewölbten Glasoberfläche),
hohe Anschaffungskosten; bei Hagelschaden oder Undichtigkeit
("Blind werden") der Röhren müssen diese
ausgetauscht werden (eine besonders kritische Stelle ist die
Durchführung des Stahlrohres durch das Glas !), relativ
aufwendige Montage, keine Dachintegration möglich, der gesamte
Kollektor benötigt im Vergleich zur tatsächlich aktiven
Absorberfläche viel Platz
"Vakuum"-Flachkollektor
Dieser relativ neu auf dem Markt befindliche Kollektor ist ähnlich
einem üblichen Flachkollektor aufgebaut und soll dessen
Vorteile mit den Vorzügen des Vakuums verbinden. Der Unterdruck
und damit die Dämmwirkung ist allerdings geringer als beim
Vakuum-Röhrenkollektor. Damit sich die Glasscheibe nicht
durchbiegt, wird sie mit einer -großen Anzahl dünner
Stifte nach innen abgestützt.
Vorteile: Optische Verluste geringer als bei Röhre, muß
bei nachlassendem Vakuum nicht erneuert werden, vielseitige Montagemöglichkeit
und geringer Platzbedarf wie bei normalem Flachkollektor, hohe
Lebenserwartung.
Nachteile:
Der k-Wert ist aus folgenden Gründen deutlich schlechter
im Vergleich zur Röhre:
Kein Hochvakuum, Wärmeleitung über Stützstifte,
Vielzahl von Anschlüssen, rückseitige Abstrahlungsverluste
über die Blechwanne.
Wartungsaufwand: das Vakuum muß regelmäßig überprüft
und nachevakuiert werden; sofern die Vakuumpumpe nicht mit installiert
ist (Kosten !), sollte mit dem Lieferanten ein Wartungsvertrag
abgeschlossen werden.
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