Sonnenkollektor - Aufbau und Funktion

Ein Kollektor ist ein „Fänger und Sammler“. Er sammelt die „Kollekte“. Ein Sonnenkollektor fängt daher die ...

Sonne ein und sammelt deren Energie. Dabei ist ein Sonnenkollektor nicht wählerisch.

Er sammelt nämlich ein ganzes Spektrum an Frequenzen des Sonnenstrahlen ein, um diese in langwellige Stralung umzuwandeln. Diese langwellige Strahlung ist die Wärme.

Funktion eines Sonnenkollektors

Er lässt zunächst einmal die Strahlen durch eine transparente Oberfläche (Glas) auf den Absorber prallen. Dabei wandelt er je nach Oberflächenstruktur die Wellenlänge der Strahlung um. Damit die längeren Wellen, die Wärme, nicht wieder entweicht, wird der Kollektor an allen anderen Seiten gedämmt. Auch durch das Glas, das größere Wellenlängen nicht so gut durchlässt, wird die „Kollekte“ am Entweichen aus dem Kollektor behindert. Im Idealfall ist zwischen der Glasfläche und dem Absorber ein Vakuum. Damit ist ein Wärmeverlust beinahe vollständig ausgeschlossen. Die mediumführenden Rohrleitungen nehmen die Wärme auf und transportieren diese zu ihrem Verwendungszweck.

Welche Arten von Absorbern gibt es?

Die preisgünstigsten Absorber sind in Flachkollektoren eingebaut. Dabei durchlaufen kleine Kupferleitungen vor einer schwarzen Oberfläche den Kollektor. Während das Solarmedium durch die Rohre läuft, wird ...

es auf diese Weise durch die Wärme der platten Fläche aufgewärmt. Flachkollektoren haben eine große Oberfläche. Die Strahlen müssen nicht unbedingt senkrecht auftreffen. Der Wirkungsgrad ist aber bei einem senkrecht zur Sonne liegenden Oberfläche am besten. Flachkollektoren gibt es in der Ausführung mit oder ohne Vakuum.

Röhrenabsorber besitzen ein Rohr als Absorber. Dieses kann direkt durchflossen sein oder über einen Wärmetauscher am oberen Ende des Kollektors seine Wärme abgeben. Durch die Röhre kann ein Vakuum sehr gut gehalten werden. Daher werden Röhrenabsorber gerne bei Vakuumröhrenkollektoren eingesetzt. Die Vakuumröhrenkollektoren haben auf der Unterseite parabelförmig gebogen Bleche, die je nach Einstrahlwinkel die Sonnenstrahlen auf den Absorber reflektieren. Der Wirkungsgrad erhöht sich dadurch stark.

Wenn kein flüssiges Medium, sondern ein gasförmiges Medium zur Erhitzung bzw. Wärmeabfuhr aus dem Kollektor verwendet wird, spricht man von Luftabsorbern. Dass diese nicht mit einem Vakuum betrieben werden ist selbstredend. Luftabsorber setzt man gerne für Räumlichkeiten mit großer Höhe ein. Sie können bei geschickter Architektur in die Fassade integriert werden. Diese Lösung sieht man allerdings extrem selten.

Funktion von Kollektoren

Konzentrierende Kollektoren lenken über einen großen Parabolspiegel die Strahlung auf ein Absorberrohr. Diese Technik verwendet man im industriellen Einsatz für den Betrieb von Dampfprozessen und ähnlichem. Auf diese Weise wird in sonnenreichen Regionen bereits Strom für mehrere zig-tausend Haushalte produziert. Diese Kollektorbauart ist grundverschieden im Aufbau von der Photovoltaik und kann mit ihr daher nicht verglichen werden.

Welche Farbe haben Sonnenkollektoren?

Wenn wir ein schwarzes Shirt tragen und in der Sonne stehen, wissen wir, dass auf diese Weise Sonnenenergie gut aufgenommen werden kann. Man spricht von Absorption. Daher waren die ersten Sonnenkollektoren eher schwarz. Allerdings wird die Wärme auch wieder abgegeben. Diese Emission kann man optimieren. Die moderneren Sonnenkollektoren schimmern daher eher bläulich. Diese Beschichtungen haben den Vorteil, dass sie - ähnlich wie die schwarze Beschichtung - die Strahlung gut aufnehmen, aber auch zusätzlich eine geringere Emission an Wärme aufweisen. Die Leistungsdichte der Kollektoren nimmt dadurch zu.