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In den Solarkollektoren wird der physikalische Vorgang, die Umwandlung von Lichtenergie in Wärmeenergie,
ausgenutzt. Bei den Kollektoren wird zwischen den Flachkollektoren und Vakuum-Röhrenkollektoren unterschieden.
Die verschiedenen Kollektoren unterscheiden sich außerdem
durch die Konstruktion der Absorber und der Dämmung gegen die Umgebung
bzw. Außenluft. |
Damit die Kollektoren
einen möglichst hohen Wärmeertrag bringen, ist die richtige Auswahl der Kollektorart entsprechend der Anwendung
(Trinkwassererwärmung, Heizungsunterstützung),
die Ausrichtung zur Sonne und die richtige hydraulische Einbindung in das System
besonders wichtig. |
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Quelle:
Viessmann Deutschland GmbH |
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Solarthermiekollektoren im Test - Wärme vom Dach - Stiftung Waremntest |
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Ein Flachkollektor besteht aus einem Gehäuse aus Holz und Metall
mit Wärmedämmung, einer Glas- oder Kunststoff- bzw. Folienabdeckung in einer witterungs- und UV-beständigen Scheibeneindichtung (Metallrahmen) und einem Absorber,
den es in verschiedenen Bauarten und Beschichtungen gibt. |
Durch diese Bauweise
des Sonnenkollektors entsteht
im Kollektor ein Treibhauseffekt, der in
Verbindung mit der Güte der tranparenten Abdeckung und des Absorbers (Beschichtung, Rohrführung und Plattenausführung)
zu einem hohen Wirkungsgrad führt. |
Das Kernstück
des Flachkollektors ist der Absorber, eine
schwarze Platte, durch die eine Wärmeträgerflüssigkeit (Solarflüssigkeit)
strömt. Damit die Wärmeverluste gering gehalten werden, befindet sich hinter und an den
Seiten des Absorbers eine hitzebeständige Wärmedämmung (Stein- bzw. Mineralwolle). |
Der
Absorber kann aus vollflächigen oder streifenförmigen Blechen (Vollflächen- oder Finnenabsorber) hergestellt sein.
Bei den Vollflächenabsorbern kann
das Rohr mäanderförmig über
die gesamte Absorberfläche geführt werden und
gewährleisten eine sehr sichere Wärmeabnahme,
da die Solarflüssigkeit nur durch ein Rohr geführt
wird. Finnenabsorber bestehen aus Absorberstreifen,
an denen jeweils ein gerades Absorberrohr angebracht ist,
die harfenförmig (registerförmig)
zusammengeführt werden. Die Harfenabsorbern haben unter üblichen Betriebsbedingungen einen vergleichsweise geringeren Druckverlust, können aber ungleichmäßig
durchströmt werden.
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Aufbau
eines Flachkollektors |
Quelle:
Wagner & Co Solartechnik GmbH |
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Kollektoren
mit Mäanderabsorber und Harfenabsorber (Register) |
| Quelle:
Viessmann Deutschland GmbH |
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Absorberbauarten |
Quelle:
Wagner & Co Solartechnik GmbH |
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Schwimmbad-Solarkollektor |
Die Sonnenenergienutzung ist bei der Beheizung von Schwimmbädern besonders günstig. Die Beheizung von Freibädern
ist dann besonders rentabel, wenn sich der Energiebedarf und das Strahlungsangebot der
Sonne weitgehend decken. Außerdem sind die Absorber
sehr einfach zu installieren. |
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Solarabsorber
für die Beckenwassererwärmung
(2-Röhren-System mit Schlaufen
und 3-Röhren-System)
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Quelle:
Krülland Wassertechnologie GmbH
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Die
an einem sonnigen Tag erreichbare Beckentemperatur, abhängig
vom Verhältnis zwischen der Absorberfläche und
der Wasserfläche |
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Die Absorber
zur Schwimmbadbeheizung benötigen keine transparente
Abdeckung und kein Gehäuse
zur Verminderung von Wärmeverlusten. Da die Kunststoffabsorber
aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk)
direkt vom Schwimmbadwasser durchströmt werden, sind
die Wärmeübertragungsverluste sehr gering. |
| In öffentlichen
Freibädern kann eine Zusatzheizung
eingeplant werden, wenn Temperaturschwankungen des Beckenwassers
nicht akzeptiert werden. Private Freischwimmbäder
sollten möglichst ohne Zusatzheizung
betrieben werden. Da aber bei schlechtem Wetter ohne Sonne
die Frequentierung der Freibäder ohnehin gering ist,
sollten auch bei öffentlichen Freibädern die Nachheizung
eingeschränkt werden. |
Eine Abdeckung
der Wasseroberfläche außerhalb
der Nutzungszeiten vermindert Verdunstungs-
und Strahlungsverluste und spart die "kostenlose"
Energie, besonders dann, wenn die Beckentemperatur um 25
°C gewünscht werden. |
Zur Beckenwassererwärmung
von Hallenbädern sind normale Solarkollektoren
besser geeignet, wobei in den Sommermonaten Wärmeüberschüsse
auch zur Trinkwassererwärmung eingesetzt
werden kann. In diesem Fall ist die Kollektorkreisflüssigkeit
von dem Beckenwasserkreislauf über einen Wärmetauscher
aus Edelstahl oder Kunststoff getrennt. |
In den Monaten Mai
bis September können über 70
% der jährlichen Sonnenstunden
genutzt werden. Das Verhältnis zwischen der Wasseroberfläche
des Beckens und der Absorberfläche (unverglaste Sonnenenergiesammler)
sollte so ausgelegt werden, dass das Beckenwasser je nach
Monat ca. 4 bis 10 K erwärmt werden kann. |
Bei einer gewünschten
Wassertemperatur von ca. 22 - 24 °C im Mai und September
und ca. 26 °C im Sommer ist eine Absorberfläche
in der Größe von ca. 80 % der Wasserfläche
empfehlenswert. Wenn es besonders in der Übergangszeit
wärmer werden soll, kann die Absorberfläche auf
120 % vergrößer werden.
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| Faustformel: |
Absorberfläche = Wasserfläche!
Minimale Absorberfläche = 40 % der Wasserfläche
Max. Absorberfläche = 120 % der Wasserfläche
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Bei dem Röhrenkollektor
ist der Absorber in einer unter Vakuum gesetzte (evakuierte)
Glasröhre eingebaut. Da ein Vakuum
gute Wärmedämmeigenschaften besitzt, sind die Wärmeverluste
besonders bei hohen Temperaturen geringer als bei Flachkollektoren.
Man unterscheidet zwischen Kollektoren mit der Heat-Pipe-Technik
(Wärmerohr-Technik) und der direkten Durchströmung. |
Bei Vakuum-Röhrenkollektoren
ist jede Vakuum-Röhre über die Längsachse
drehbar. Dadurch können sie optimal zur Sonne
ausgerichtet werden. Aber auch das Drehen aus
der Sonne, was in Anlagen zur Heizungsunterstützung
im Sommerbetrieb ist möglich. Denn diese Anlagen sind nur für
die Trinkwassererwärmung im Sommerbetrieb immer
viel zu groß ausgelegt. Die Folge ist, dass diese
Anlagen mit hoher Temperatur in Stagnation
gehen. In vielen Fällen wird durch die Ausrichtung
der Röhren mit den Absorberflächen
eine unnötiges Abführen von überschüssiger
Wärme durch sinnfreie Lösungen (Pool,
Heizkörper an der Außenwand oder im Keller) oder eine Beschattung unnötig. |
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| Schwerkraftprinzip-Heatpipe und
direkte Durchströmung |
| Quelle:
Viessmann Deutschland GmbH |
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Direkt
durchströmte Vakuumkollektoren auch für
eine horizontale Montage auf dem Flachdach oder senkrechte
Montage an der Fassade |
Quelle:
SOLTOP Schuppisser AG |
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Bei dem Heat-Pipe-System
wird ein mit Wasser oder Methanol
gefülltes Absorberrohr als Wärmerohr
(Heat-Pipe) verwendet. Durch die Sonneneinstrahlung wird
der Absorber erwärmt, das Wasser oder Methanol im Wärmerohr
verdampft und die Wärme wird nach
oben in einen Kondensator transportiert und gibt dort die
Wärme an die Wärmeträgerflüssigkeit
ab. Das kondensierte Wasser oder Methanol fließt
zurück in das Wärmerohr und der Wärmetransport
beginnt erneut. Dieser Vorgang erfordert einen bestimmten
Anstellwinkel des Kollektors, damit der
Wärmetransport aus der Röhre an den Kondensator
erfolgen kann. |
Bei dem Finnenabsorber
besteht der Absorber aus einer flachen Finne mit einem angeschweißten
Absorberrohr. In den direkt durchströmten Vakuum-Röhrenkollektoren
zirkuliert der Wärmeträger direkt
in den Absorberrohren innerhalb der Röhren.
Sie eignen sich deshalb besonders gut für die lageunabhängige
Montage. Bei direkt durchströmten
Röhren wird ein Koaxialrohr
(Rohr-in-Rohr) eingesetzt. Im inneren Rohr
wird der Wärmeträger vom Rücklauf aus in
die Röhre geführt und über das äußere
am Absorber verschweißte Rohr wird
die Solarflüssigkeit
zurückgeführt und dabei erwärmt. Bei Heatp-Pipes
wird ein einzelnes, unten geschlossenes Rohr verwendet.
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| Bei runden Glasabsorbern
werden zwei ineinanderliegende Glasröhren miteinander
verschweißt und evakuiert. Der Absorber
ist auf die innere Glasröhre aufgedampft.
Über Wärmeleitbleche und darin
eingelegte Absorberröhrchen wird die
aufgenommene Wärme an den Wärmeträger abgegeben.
Damit auch an den rückseitigen Teilen
des Absorbers die Strahlung nutzen zu können,
muss dieser mit einem Spiegel ausgestattet
sein. |
Bei einem Finnenabsorber
besteht der Absorber aus einer flachen Finne
mit einem angeschweißten Absorberrohr. In den direkt
durchströmten Vakuum-Röhrenkollektoren
zirkuliert der Wärmeträger direkt
in den Absorberrohren innerhalb der Röhren.
Sie eignen sich deshalb besonders gut für die lageunabhängige
Montage. Bei direkt durchströmten
Röhren wird ein Koaxialrohr
(Rohr-in-Rohr) eingesetzt. Im inneren Rohr
wird der Wärmeträger vom Rücklauf aus in
die Röhre geführt und über das äußere
am Absorber verschweißte Rohr wird
die Solarflüssigkeit
zurückgeführt und dabei erwärmt. Bei Heatp-Pipes
wird ein einzelnes, unten geschlossenes Rohr verwendet. |
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| Bei runden Glasabsorbern werden
zwei ineinanderliegende Glasröhren miteinander verschweißt
und evakuiert. Der Absorber ist auf die innere
Glasröhre aufgedampft. Über Wärmeleitbleche
und darin eingelegte Absorberröhrchen wird die
aufgenommene Wärme an den Wärmeträger abgegeben. Damit
auch an den rückseitigen Teilen des Absorbers
die Strahlung nutzen zu können, muss dieser mit einem Spiegel
ausgestattet sein. |
Die Kondensatoren
gibt es in nasser und trockener Anbindung.
Bei der trockenen Anbindung steht der Kondensator in Kontakt mit einem
Metallblock, der in seinem Inneren vom Wärmeträgermedium durchströmt
wird. Bei nasser Anbindung befindet sich der Kondensator direkt in der
Solarflüssigkeit. |
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| Absorber – Flächendefinitionen
bei Sonnenkollektoren |
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. |
| Bruttokollektorfläche |
| 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. |
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Kollektorflächen |
| Quelle:
Viessmann Deutschland GmbH |
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Sicherheitstechnische
Einrichtungen - thermische Solaranlage |
Grundsätzlich
müssen thermische Solaranlagen in allen Betriebszuständen ohne besondere eingreifende Maßnahmen von außen eigenständig durchlaufen können. Nur durch solche eigensicheren Solaranlagen ist ein störungsfreier Betrieb bei entsprechender Wartung gewährleistet. |
Richtig geplant und installiert hat das Steamback-Verfahren (Verdampfungs- oder Stagnations-System) im Gegensatz zu "Hochdruckanlagen" enorme Vorteile. Dabei geht die Anlage bei fehlender Wärmeabnahme, wenn der Pufferspeicher geladen ist oder die Umwälzpumpe
ausfällt bzw. der Flüssigkeitsumlauf gestört ist, in eine gewollte Stagnation. |
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Hinweis!
Schutzrechtsverletzung: Falls Sie meinen, dass von meiner Website
aus Ihre Schutzrechte verletzt werden, bitte ich Sie, zur Vermeidung
eines unnötigen Rechtsstreites, mich
umgehend bereits im Vorfeld zu kontaktieren, damit zügig
Abhilfe geschaffen werden kann. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis: Das zeitaufwändigere
Einschalten eines Anwaltes zur Erstellung einer für den Diensteanbieter
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mutmaßlichen Willen. Die Kostennote einer anwaltlichen Abmahnung
ohne vorhergehende Kontaktaufnahme mit mir wird daher im Sinne der Schadensminderungspflicht
als unbegründet zurückgewiesen. |
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