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Autoren
OldBo
15.07.2006
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.
Bauformen verschiedener Absorberelemente
 Bauformen verschiedener Absorberelemente
Prinzipieller Aufbau eines Flachkollektors
 Prinzipieller Aufbau eines Flachkollektors
Prinzipskizze eines Heat-Pipe-Kollektors
 Prinzipskizze eines Heat-Pipe-Kollektors
Prinzipieller Aufbau eines Solarluftkollektors
 Prinzipieller Aufbau eines Solarluftkollektors
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.
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