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Grundlagen Solarkollektoren
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Wärmeertrag von Kollektoren (Jahresenergieertrag)
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Der
Jahresenergieertrag (in
kWh/m²a), die Qualität und die Preise der angebotenen Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren sind sehr unterschiedlich.
Entscheidend für die Auslegung und die Effektivität einer Solaranlage
sind u. a. der Jahresenergieertrag des
gewählten Kollektors bzgl. des jeweiligen Standortes, sowie die richtige Dimensionierung des Solarspeichers und
des Solarwärmetauschers.
Eine objektbezogene Berechnung des
Jahresenergieertrages ist zu empfehlen, vor allem um das Preis-Leistungsverhältnis der verschiedenen Anbieter
durchschaubar zu machen und um die Effektivität der Anlage nachweisen zu können.
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Der Jahresenergieertrag von Röhrenkollektoren pro m²
Kollektorfläche für Messstandort Würzburg liegt je nach Hersteller und Typ bei 500-800 kWh/m² a.
Flachkollektoren liegen bei ca. 300-550 kWh/m² a.
Kollektoren mit Erträgen < 300 kWh/ m² a sind für klimatische
Verhältnisse in Deutschland weniger gut geeignet. Durch ihren einfachen und sehr
preisgünstigen Aufbau werden sie vorwiegend für südliche
Klimaverhältnisse eingesetzt.
Zu beachten ist, dass auch mit einer leistungsschwachen Solaranlage immer ausreichend
Warmwasser zur Verfügung steht, da die Solaranlage mit der
Heizungsanlage verbunden ist. Die Energieeinsparung ist damit aber wesentlich
geringer.
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Kollektorwirkungsgrad und
Wärmeertrag |
Funktionsprinzip
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Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der auf den Kollektor
auftreffenden Sonnenenergie in nutzbare Wärme umgesetzt wird.
Er ist abhängig von der Stärke der Sonnenstrahlung, der
Umgebungstemperatur des Kollektors und der Temperatur des Wärmeträgers. Da sich
diese im Einsatz ständig ändern, ist der Wärmeertrag einer Anlage wesentlich
wichtiger.
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Der Solarkollektor sammelt durch Absorption die Wärme der
Sonnenstrahlung und überträgt diese auf ein Transportmedium, die
Solarflüssigkeit.
Für unterschiedliche Anwendungen sind verschiedene Bauformen
von Solarabsorbern und -kollektoren entwickelt worden. Die bekanntesten sind
Flachkollektoren, Vakuumkollektoren und Solarabsorber.
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Montagesysteme
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Kollektorpreise
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Flachkollektoren können auf ein Schräg- oder Flachdach (Aufdachmontage)
oder in das Dach (Indachmontage) montiert werden.
Für die Indachmontage sollten nur qualitativ hochwertige Montagesysteme
verwendet werden.
Mit Vakuum-Röhrenkollektoren ist eine Indachmontage nicht möglich.
Eine Solaranlage muss nicht
unbedingt auf ein Wohnhausdach. Es gibt viele Möglichkeiten, z. B. Garage,
Carport, Gestell zu ebener Erde im Garten etc.
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Entscheidend für den Preis der Kollektoren ist
die Leistung und die verwendeten Materialien. Hier gibt es große
Unterschiede am Markt.
Für die Leistungen gibt es eindeutige Herstellerangaben.
Bei den Materialien und die damit verbundene Haltbarkeit ist
es für den Laien schwierig, evtl. gemachte Angaben nachzuvollziehen.
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Alterung von Kollektoren
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Flachkollektoren unterliegen auch einem gewissen
Alterungsprozess, der stark von der Qualität abhängt.
Die Leistung vermindert sich im Laufe der Jahre mehr oder
weniger.
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Das ist bei älteren Kollektoren gut zu beobachten. Wenn die
Kollektoren verfärbt oder angelaufen sind, kann die Leistung schon mal bis
zu 50% sinken.
Bei hochwertigen modernen Kollektoren ist der Leistungsabfall
wesentlich geringer.
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Kollektortypen
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Vakuum-Röhrenkollektoren |
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Der Absorber ist generell von einer evakuierten Glasröhre
umgeben. Die Wärmeverluste sind dadurch extrem gering und die gewonnene
Energie größer.
Sie eignen sich für die solare Warmwasserbereitung und
besonders für Heizungsunterstützung auch im Winter bei Sonne oder diffuser
Strahlung.
Nach der Anbindung an den Sammler unterscheidet man:
1. Nassanbindung
Vorteil: Bessere Wärmeübertragung an den Kollektorwärmetauscher.
Nachteil: Beim Wechsel der Röhre muss die Solarflüssigkeit teilweise
entleert werden.
2. Trockenanbindung
Vorteil: Keine Entleerung notwendig. Nachteil: Etwas schlechterer
Wärmeübergang am Wärmetauscher. |
Bauformen von
Vakuum-Röhrenkollektoren
1. Direkt durchströmte Röhrenkollektoren
Die Wärmeträgerflüssigkeit wird durch Kupferrohre geleitet, die
wärmeleitend mit dem Absorber verbunden sind.
2. Heatpipe Röhrenkollektoren >
Funktionsschema (indirekt durchströmt)
Unter dem Absorberblech ist ein mit einer Flüssigkeit gefülltes
Verdampfungsrohr (Heatpipe) angebracht.
Bei Sonneneinstrahlung verdampft zunächst die Flüssigkeit und gibt am oberen
Ende der Röhre an einen Wärmetauscher die Energie an die
Wärmeträgerflüssigkeit ab und kondensiert wieder.
Bei einigen Herstellern ist zum Schutz gegen Überhitzung in
der Röhre vor dem Wärmetauscher ein Thermoventil >
Bild eingebaut.
!
Wir empfehlen einen schriftlichen Nachweis, dass dieses
Ventil auch tatsächlich eingebaut ist!
Heatpipe Kollektoren sind die leistungsstärksten und auch die teuersten
Kollektoren. Schwachstelle ist die Haltbarkeit des Vakuums. Das
Puffervolumen sollte sehr reichlich dimensioniert werden.
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Flachkollektoren |
Speicherkollektoren |
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Der Absorber besteht in d. R. aus
schwarz
(Schwarzchrom)
oder blau
(Titanoxyd)
beschichteten Kupferblech mit in d. R.
mäanderförmig angeordneten Kupferrohr zum Abtransport der Wärme auf der
Rückseite.
Der Absorber wird mit sehr lichtdurchlässigem
Sicherheitsglas abgedeckt. Zur Minimierung der Wärmeverluste ist auf der
Rückseite eine Wärmeisolierung angebracht. Das ganze wird durch einen
Rahmen zusammengehalten.
Flachkollektoren sind in d. R. langlebige und ausgereifte Produkte mit
einem sehr guten Preis-/ Leistungsverhältnis und eignen sich für die
solare Warmwasserbereitung und z. T. zur Heizungsunterstützung.
Der Ertrag ist bei Kälte oder diffuser Strahlung geringer. |
>
Bild
Kollektor und Warmwasserspeicher bilden eine Baueinheit.
Durch die einfache Funktionsweise können Solarpumpe, Steuerung,
Wärmetauscher und Solarkreisleitungen entfallen.
Der Speicherkollektor wird direkt in die
Warmwasserversorgungsleitung eingebunden.
Anwendung besonders in südlichen Ländern mit hoher
Sonneneinstrahlung.
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Solarabsorber
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Anwendung Schwimmbaderwärmung
Solarabsorber sind aus schwarzen Kunststoffrohr und durch
ihren einfachen und preiswerten Aufbau und einen Temperaturbereich < 30°C für die Schwimmbaderwärmung im Sommer
sehr geeignet.
Die Systemkosten sind relativ niedrig (z. B. ca. 75 €/m² bei
einer 500 m²-Anlage).
Die Größe der Absorberfläche sollte zwischen 50 und
80% der Schwimmbeckenoberfläche liegen, um eine Temperaturerhöhung von ca. 6
bis 10°C zu erreichen.
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Der solare Ertrag liegt im Sommer bei ca. 250 bis 350 kWh/m².
Die Betriebskosten bestehen nur aus dem Stromverbrauch
der Umwälzpumpen.
Nach ca. 4 Jahren kann sich eine Anlage schon rechnen.
Anwendung
Eisanlagen
Weniger bekannt ist die
Anwendung von Absorber-Matten für Kunsteisbahnen.
Hier werden modifizierte Absorber am Boden verlegt und mir
einem -10 bis -7°C kalten Frostschutz-Wassergemisch durchströmt und so eine
Eisfläche erzeugt.
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Luftkollektoren |
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lassen sich gut in Lüftungsanlagen und
Luftheizsysteme einbinden.
Sie sind ähnlich aufgebaut wie
Flachkollektoren. Anstelle einer Wärmeträgerflüssigkeit wird Luft erwärmt,
die durch die Absorberkanäle geleitet wird.
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Für
wesentlich mehr Informationen stehen wir Ihnen mit einer persönlichen
Fachberatung jederzeit gerne zur Verfügung.
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