Cookies erleichtern die Bereitstellung der Dienste auf dieser Website. Mit der Nutzung dieser Website erklären Sie sich mit dem Einsatz von Cookies einverstanden.
Autoren
OldBo
09.04.2010
Die Leistungsfähigkeit einer Solaranlage ist von der Qualität ihrer einzelnen Bauteile und von deren fachgerechten Einbindung abhängig. Für die qualitative Beurteilung von Anlagen spielt der Kollektor eine wichtige Rolle.
Wärmeverluste eines Flachkollektors
 Wärmeverluste eines Flachkollektors
Einfluss der optischen und thermischen Verluste
 Einfluss der optischen und thermischen Verluste
Kollektorkennlinien bei einer Einstrahlung von 800 Watt
 Kollektorkennlinien bei einer Einstrahlung von 800 Watt
Die Leistungsfähigkeit einer Solaranlage ist von der Qualität ihrer einzelnen Bauteile und von deren fachgerechten Einbindung abhängig. Für die qualitative Beurteilung von Anlagen spielt der Kollektor eine wichtige Rolle.

Wärmeverluste eines Flachkollektors

Die Sonnenstrahlung trifft zuerst auf die transparente Abdeckung des Kollektors auf. Durch Reflexionen an der Oberfläche und beim Durchgang (Transmission - t) durch die Abdeckung geht ein Teil der Strahlung verloren. Der Transmissionsgrad beträgt für Normalglas gehärtet rund 0,84 und für eisenfreies Glas 0,91.

Die auf den Absorber auftreffende Strahlung wird je nach Art der Beschichtung fast vollständig in Wärme umgewandelt. Die Beschichtung sollte ein hohes Absorptionsvermögen und einen geringen Emissionsgrad haben. Das Absorptionsvermögen ist von der Beschichtung des Absorbers abhängig, wobei der Absorptionskoeffizient (a) bei einer Solarlackbeschichtung oder guten selektiven Schichten zwischen 0,94 und 0,97 liegt. Der Emissionskoeffizient (e) liegt bei der Solarlackbeschichtungen zwischen 0,86 und 0,88, bei selektiven Schichten beträgt er lediglich 0,05 bis 0,20. Das Aufbringen der Beschichtung kann über ein Spritzverfahren bei Solarlackbeschichtungen, elektrochemisch (Schwarzchrom, Schwarznickel) bzw. durch Klebefolie bei selektiven Schichten erfolgen.

Es werden selektive Schichten angeboten, welche durch physikalische Verfahren (Vakuumbeschichtung bzw. Sputtertechnik) aufgebracht werden. Dieses Verfahren ist im Vergleich zu galvanischen Verfahren wesentlich umweltfreundlicher, weniger energieaufwendig und leistungsfähiger.

Weitere Verluste treten beim Kollektor durch eine Konvektion im Kollektor und durch die Wärmeverluste an der Rückseite des Absorbers auf. Übliche Dämmmaterialien sind Mineralfasern (Steinwolle, Glaswolle).

Die aus der Solarstrahlung gewonnen Wärmeleistung gehen durch Wärmeleitung (Gehäuse, Anschlüsse usw.), Konvektion (Luftströmung zwischen Absorber und transparenter Abdeckung) und Wärmestrahlung wieder verloren, bevor sie als Nutzleistung abgeführt wird. Die zur Verfügung stehende Nutzleistung erwärmt den Wärmeträger (Wasser-Frostschutzgemisch > Sole) in den Absorberrohren.

Kenngrößen von Kollektoren
Ein wichtiges Qualitätsmerkmal eines Sonnenkollektors ist sein Wirkungsgradverlauf (Kollektorkennlinie). Der Wirkungsgrad eines Kollektors ist das Verhältnis der vom Kollektor an den Wärmeträger abgegebenen Energiemenge zu der von der Sonne auf den Kollektor eingestrahlten Energie. Ein hoher Wirkungsgrad wird bei Temperaturen  über 40 °C der Wärmeübertragungsflüssigkeit erreicht.

Einfluss auf den Wirkungsgrad haben:
  • Art und Güte der Absorberfläche
  • die Wärmeleitfähigkeit des Absorbermaterials
  • die Transparenz der Abdeckung
  • die Absorbergeometrie
  • die Wärmeverluste des Kollektors in Form von Abstrahlung, Leitung und Konvektion
Wirkungsgradbestimmend sind vor allem die Strahlungsverluste. Der Kollektorwirkungsgrad ist keine feststehende Größe, sondern er ist von den Einsatzbedingungen (Temperaturniveau, Windgeschwindigkeit) abhängig . Es entsteht eine Kennlinie durch Auftragen des Wirkungsgrades über dem Quotienten aus der Temperaturdifferenz von mittlerer Wärmeträgertemperatur des Kollektors und Umgebungstemperatur (TKm-TU) zur eingestrahlten Sonnenenergie G. Der maximal mögliche Wirkungsgrad, also der Wirkungsgrad, bei dem die mittlere Kollektortemperatur TKm gleich der Umgebungstemperatur TU ist, wird auch als Konversionsfaktor  bezeichnet.

Optischer Wirkungsgrad oder Konversionsfaktor η0
Der Konversionsfaktor ist der maximale Wirkungsgrad eines Kollektors unter der Bedingung, dass die mittlere Temperatur des Wärmeträgers im Absorber gleich jener der Umgebungsluft ist. Er ist das Maß für die Lichtdurchlässigkeit, die Absorptionsfähigkeit des Absorbers und die Qualität des Wärmetransports zwischen Absorber und Wärmeträger.

Der Wärmeverlustkoeffizient k
Der Wärmeverlustkoeffizient gibt die mittlere Wärmeverlustleistung eines Kollektors pro m² Kollektorfläche, bezogen auf die Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträger und Umgebungsluft an. Der k-Wert wird hauptsächlich vom Emissionsgrad der Beschichtung (Selektivität) und von den Dämmeigenschaften des Kollektors bestimmt.
Der Wärmeverlustkoeffizient ist keine feste Größe, sondern er hängt von der Differenz der Wärmeträgertemperatur zur Lufttemperatur der Umgebung ab (mit steigender Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Umgebung steigen die Wärmeverluste überproportional an). Ein Grund ist die Tatsache, dass die Abstrahlungsverluste mit der vierten Potenz der Absoluttemperatur zunehmen.

Daher wird der k-Wert des Kollektors durch die zwei Werte a0 (c1) entsprechend dem temperaturunabhängigen Anteil und a1 (c2) dem temperaturabhängigen Anteil beschrieben.
k = a0 + a1 . DT
Wärmeverlustkoeffizient [W/m².K]
a temperaturunabhängiger Anteil [W/m².K]
a1  temperaturabhängigen Anteil [W/m².K²]
DT Temperaturdifferenz (mittlere Wärmeträgertemperatur TKm im Kollektor und Umgebungstemperatur TU) [K]
Weitere Funktionen
Aktuelle Forenbeiträge
Diel schrieb: Hallo zusammen Ich hatte am Anfang 1998 die Probleme das der Brenner zeitweise auf Störung ging. Ich habe damals das gesamte System gereinigt etc. . Nach dem Tausch der Düse sowie der Zündelektroden...
schorni1 schrieb: Mich interessiert nur, warum in der Montageanleitung gefordert wird, einen bestimmten CO2-Anteil im Abgas einzuhalten. Weil der CO2-Anteil möglichst HOCH sein soll (gerigerr O2-Gehalt, geringer Luftüberschuß)...
ANZEIGE
Hersteller-Anzeigen
Sockelleisten, Heizkörperanschlüsse
und Steigstrangprofile
SHKwissen nutzen
Wissensbereiche
Website-Statistik