Der Kollektor hat die Aufgabe, das einfallende Sonnenlicht möglichst effizient in
Wärme umzuwandeln. Das Kernstück eines Kollektors ist der schwarze Absorber, welcher die solare Strahlungsenergie in
Wärme umwandelt.
Nach Bauart und
Wärmedämmung unterscheidet man
Kunststoffkollektoren
Flachkollektoren
Vakuum-Röhrenkollektoren
Solarluftkollektoren
Kunststoffabsorber kommen aufgrund ihrer begrenzten Druck- und
Temperaturbeständigkeit hauptsächlich zur Beckenwasserwärmung für Schwimmbäder zum Einsatz. Für die Anbringung der Kunststoffabsorber eignen sich flache und geneigte Dach- und Rasenflächen. Da sie zur Gänze aus Kunststoff bestehen, bieten sie den Vorteil, dass sie im Einkreissystem betrieben werden können; d.h. das gechlorte Beckenwasser kann mittels einer Umwälzpumpe direkt ohne Zwischenschaltung eines
Wärmetauschers durch die Absorber fließen.
Als Absorbermaterialien werden vorwiegend EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomere) und PP (Polypropylen) verwendet. Verschiedene Bauarten und die dafür verwendeten Absorbermaterialien zeigt Bild 1.
Das Einsatzgebiet von
Flachkollektoren reicht von der solaren Warmwasserbereitung in Ein- und Mehrfamilienwohnobjekten über die solare Raumheizung bis zur Prozesswärmeerzeugung in Gewerbebetrieben. Er hat den größten Marktanteil.
Der
Flachkollektor besteht im Wesentlichen aus Kollektorgehäuse, Absorber, Wärmedämmung und transparenter Abdeckung (siehe Bild 2). Oberflächlich betrachtet hat sich der Aufbau der Kollektoren in den letzten 20 Jahren kaum geändert. Bei näherer Betrachtungsweise stellt man allerdings fest, das die
Flachkollektoren hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Fertigungsverfahren (industriell), Kollektorgröße usw. kaum mehr vergleichbar mit den Produkten aus der Anfangszeit sind.
Vakuumkollektoren werden aus herstellungstechnischen Gründen meist als Röhrenkollektoren ausgeführt. Dabei wird ein schmaler, selektiv beschichteter Absorberstreifen in eine hochlichtdurchlässige, wärmebeständige Glasröhre eingehängt. Durch Evakuieren der Glasröhre werden die
Konvektions- und
Wärmeleitverluste weitgehend unterdrückt.
Prinzipiell unterscheidet man bei
Vakuum-Röhrenkollektoren zwischen direkt
durchströmten Systemen und
Heat-Pipe-Systemen. Bei direkt durchströmten Systemen wird das
Wärmeträgermedium wie beim
Flachkollektor direkt durch den Absorber geleitet.
Beim Heat-Pipe-System wird das Absorberrohr als
Wärmerohr (Heat-Pipe) ausgeführt. Dieses ist in der Regel mit
Methanol gefüllt. Sobald die Solarstrahlung den Absorber erwärmt, verdampft das
Methanol im
Wärmerohr und transportiert die
Wärme in den oberen Teil zum Kondensator (siehe Bild 3). Je nach Ausführung des Kondensators wird zwischen nasser und trockener Anbindung unterschieden. Bei trockener Anbindung steht der Kondensator in Kontakt mit einem Metallblock, der in seinem Inneren vom
Wärmeträgermedium durchströmt wird. Bei nasser Anbindung steht der Kondensator in unmittelbarem Kontakt mit dem
Wärmeträgermedium.
Das kondensierte
Methanol fließt zurück in den unteren Teil des
Wärmerohrs. Damit kann der
Wärmetransportvorgang erneut beginnen.
Der Heat-Pipe-Kollektor stellt eine thermische Diode dar, da der
Wärmetransport immer nur in eine Richtung (nach oben) erfolgen kann. Damit der Kreislauf zustande kommt, muss das Wärmerohr schräg aufgestellt werden. Eine waagrechte Montage wie bei direkt durchströmten Systemen ist nicht möglich.
Mit einem Vakuumröhrenkollektor sind pro Flächeneinheit in
Brauchwasseranlagen höhere Jahresnutzwärmeerträge als mit
Flachkollektoren zu erreichen. Sie haben sich jedoch aufgrund des höheren Preises am Markt bisher nicht breit durchgesetzt. Ihr Marktanteil liegt in Österreich derzeit bei ca. 1%. Da der Mehrertrag von
Vakuum-Röhrenkollektoren vor allem im Bereich von hohen Kollektortemperaturen stark anwächst, eignet er sich ideal für die Erzeugung von Prozesswärme.
Der prinzipielle Aufbau von
Luftkollektoren ist derselbe wie der von
Flachkollektoren (siehe Bild 4). Sie bestehen aus einem Kollektorgehäuse, einer transparenten Abdeckung, einem Absorber und einer rückseitigen
Wärmedämmung. In Bezug auf die Materialwahl bei den Komponenten und der Witterungsbeständigkeit sind dieselben Grundregeln wie bei einem
Flachkollektor zu beachten. Bei den
Luftkollektoren werden grundsätzlich drei Bauarten unterschieden: Kollektor mit unter-, über- oder durchströmtem Absorber. Dort, wo höhere Lufttemperaturen erreicht werden müssen, sind Konstruktionen mit hinterströmten Absorber vorteilhaft, da die erwärmte
Luft nicht in direktem Kontakt mit der kalten oberen Abdeckung steht.