Unter Absorption versteht man in der Physik die Umwandlung von Licht in Wärme in einem Festkörper. Ein idealer schwarzer Körper wandelt das Licht vollständig in Wärme um. In Sonnenkollektoren ist die vom Licht bestrahlte Oberfläche des Absorbers die wichtigste konstruktive Einflussgröße für die aus dem Sonnenlicht gewinnbare Wärme.
Um die unterschiedlichsten Kollektorbauformen hinsichtlich der Leistungsdaten vergleichen zu können, wurden in europäischen Normen (DIN EN 12975 - Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile) Flächendefinitionen eingeführt.
Absorberfläche:
Die Absorberfläche ist die nicht verschattete, vom Licht bestrahlbare gesamte Oberfläche des Absorbers. Bei ebenen Flächen (Rechtecke), die schwarze obere Fläche. Bei zylindrischen Absorbern , die gesamte Fläche des schwarzen Zylindermantels.
Aperturfläche
Die Aperturfläche (Lichteinfallsfläche) ist die Flächenprojektion der Lichteinfallsfläche auf den Absorber.
Bei einem
Flachkollektor ist die Aperturfläche der Bereich innerhalb des Kollektorrahmens (Glasscheibe), durch den Licht auf den Absorber gelangen kann. Bei den
Vakuum-Röhrenkollektoren (mit flachen Absorbern oder runden Absorbern ohne Reflektorflächen) ist die Aperturfläche die Summe der
Längsschnitte aller Glasröhren. Da in den Röhren oben und unten kleine Bereiche ohne Absorberblech sind, ist die Aperturfläche bei diesen Kollektoren immer etwas größer als die Absorberfläche. Bei Röhrenkollektoren mit dahinterliegenden
Reflektorflächen ist die Projektion dieser
Spiegelfläche als Aperturfläche definiert.
Bruttofläche von Kollektoren
Die
Außenmaße eines
Kollektors wird als
Bruttokollektorfläche bezeichnet. Sie hat für die Leistung der Geräte bzw. deren Bewertung keine Bedeutung. Die Außenmaße sind für die Montageplanung der und teilweise für die Beantragung von Fördermitteln notwendig.
Konsequenzen bei Leistungsangaben von Kollektoren
Der Kollektorwirkungsgrad ist allgemein definiert als das Verhältnis von abgebbarer Wärmeleistung zur eingestrahlten Lichtleistung. Die einfallende Lichtleistung ist direkt proportional zur betrachteten Fläche. Die entstehende Wärmeleistung ist in komplexer Weise abhängig von der gesamten Kollektorkonstruktion.
Damit werden Leistungsangaben von Kollektoren davon abhängig, ob das Licht auf die meist größere Aperturfläche oder auf die oft kleinere Absorberfläche als Eingangslichtleistung angenommen wird. Die nutzbare Wärmeleistung wird nicht verändert, es ändert sich lediglich der Zahlenwert des Wirkungsgrades. Bei Leistungsangaben und Leistungsvergleichen sind daher immer die zugehörigen Flächendefinitionen für die Leistungsparameter zu beachten.
In Prüfberichten zertifizierter europäischer Prüfinstitute werden die Leistungsangaben nach EN 12975 für geprüfte Kollektoren auf Absorber-, Apertur- und Bruttoflächen bezogen. Die Flächenangaben sind Bestandteil vollständiger Prüfberichte
Hinweise für die Anwendungspraxis
In Preislisten oder in Prospekten werden oft nur Bruttoflächen angegeben. Seit 2009 gilt in Deutschland das erneuerbare Energien Wärmegesetz (EEWärmeG), das für Neubauten einen regenerativen Energieanteil verbindlich vorschreibt. Wenn die regenerative Baupflicht mit solarer Strahlungsenergie (Kollektoren) erfüllt werden soll, ist in Abhängigkeit von Gebäudetyp und Gebäudegröße eine Pflichtkollektorfläche zu berechnen. Diese Pflichtkollektorfläche bezieht sich nach den Definitionen im EEWärmeG auf die Aperturfläche.
In Abhängigkeit von der Kollektorkonstruktion, können besonders bei Vakuumröhren erhebliche Fehler auftreten, wenn an Stelle der vorgeschrieben Aperturfläche mit Bruttoflächen gerechnet wird.
Verstöße gegen das EEWärmeG können hohe Ordnungsstrafen zur Folge haben.