Der Flachkollektor ist eine Art thermisches Solarpanel, dessen Ziel es ist, Sonnenstrahlung in Wärmeenergie umzuwandeln.
Diese Art von thermischen Solarmodulen weist in gemäßigten Klimazonen ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis auf und passt sich korrekt an eine Vielzahl thermischer Anwendungen an, wie zum Beispiel:
- Produktion von Warmwasser (Warmwasser).
- Poolheizung.
- Unterstützung der Heizung durch Solarthermie.
- Vorwärmen von Industrieflüssigkeiten.
Teile eines flachen Solarkollektors
Der flache Solarkollektor besteht aus folgenden Elementen:
1. Absorber
Der Absorber ist das Element, das die Sonnenstrahlung im Kollektor auffängt und für die Umwandlung der Sonnenenergie in Wärmeenergie verantwortlich ist.
Der Absorber besteht in der Regel aus einem Metallblech, meist aus Kupfer (einem guten Wärmeleiter), das abgedunkelt ist. Dunkle und matte Körper fangen die Sonnenstrahlung besser ein als jede andere Farbe.
Es gibt zwei Möglichkeiten, den Absorber abzudunkeln:
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Ein dünner Film schwarzer kalorischer Farbe widersteht hohen Temperaturen.
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Eine selektive Behandlung, die auf elektrochemischen Abscheidungen oder Farben mit Metalloxiden basiert, die eine hohe Absorption der Sonnenstrahlung und ein niedriges Wärmeemissionsvermögen aufweisen.
Der Absorber enthält ein Leitungsgitter, durch das die Wärmeübertragungsflüssigkeit zirkuliert.
2. Transparente Abdeckung
Die transparente Abdeckung hat die Aufgabe, den Solarkollektor von äußeren Umwelteinflüssen zu isolieren und die Sonnenstrahlung durchzulassen. Diese Abdeckung verursacht den Treibhauseffekt.
Es besteht normalerweise aus einer einzigen widerstandsfähigen Glasscheibe mit einer Dicke von etwa 4 mm.
Dieser Teil ist nur bei flachverglasten Solarkollektoren vorhanden.
3. Isolation
Die Isolierung hat die Aufgabe, einen Wärmeverlust vom Inneren des Kollektors – genauer gesagt des Absorbers – nach außen zu verhindern. Es besteht normalerweise aus synthetischen Schaumstoffplatten (Polyurethan, Zyanid, Glasfaser usw.), die an den Seiten und auf der Rückseite des Solarmoduls angebracht sind.
4. Gehäuse
Das Gehäuse dient zur Unterbringung der übrigen Komponenten des Solarkollektors.
Dieser Verschluss besteht normalerweise aus einem Aluminiumprofil, das die Widerstandsfähigkeit der Baugruppe auch unter extremen Arbeitsbedingungen gewährleistet. Darüber hinaus verfügt das Gehäuse im unteren Teil über Kondenswasserablauflöcher.
Wie funktioniert ein flacher Solarkollektor?
Der Betrieb eines Flachkollektors basiert auf der Wärmeübertragung.
Die Sonneneinstrahlung wirkt auf den Wärmeabsorber des Kollektors. Trifft Strahlung auf die Oberfläche des Absorbers, wird ein Teil ihrer Energie in Wärme umgewandelt. Dadurch steigt die Temperatur des Solarkollektors.
Wenn wir eine Flüssigkeit durch das Innere des Kollektors leiten, wird gemäß dem ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ein Teil dieser Wärme an die Flüssigkeit übertragen. Der Rest der Energie geht weiterhin in Form von Strahlung vom Solarthermiekollektor an die Außenumgebung verloren.
Wenn wir eine gute Leistung erzielen und den Energieverbrauch senken wollen, müssen wir die Kollektoren bei möglichst niedriger Temperatur betreiben.
Arten von flachen Solarkollektoren
Wir können Flachkollektoren auf zwei verschiedene Arten klassifizieren.
Wenn wir sie einerseits anhand der Konfiguration des Absorbers klassifizieren, erhalten wir:
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Parallele Absorberkonfiguration : Dieser Kollektortyp kann in horizontaler und vertikaler Position verwendet werden. Die Parallelschaltung ermöglicht eine Temperaturschichtung im Kollektor, da die größte Wassermenge durch die inneren Zweige des Kollektors zirkuliert.
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Reihenabsorberkonfiguration : Er besteht aus einem einzigen kontinuierlichen Kreislauf mit einem geringeren Volumen an zirkulierendem Wasser und einem größeren thermischen Sprung, was ihm eine gute Leistung verleiht.
Andererseits können wir Solarkollektoren auch danach unterscheiden, ob sie verglast sind oder nicht:
- Verglasung – Wird hauptsächlich in Trinkwassererwärmungssystemen oder anderen Heizungsanlagen verwendet. Seine Betriebstemperatur liegt zwischen 30 °C und 60 °C. Dieser Kollektor besteht aus einem isolierten, verglasten Kasten. In diesem Kasten überträgt ein Absorber Wärme an die durch ihn zirkulierende Flüssigkeit. Die Verglasung blockiert die Infrarotstrahlung, isoliert den Luftraum über dem Absorber und speichert so die Wärme.
- Unglasiert : Diese Art von Kollektor ist günstiger, aber weniger verbreitet. Abhängig von der Außentemperatur wird es meist in Schwimmbadheizungen oder manchmal auch als Warmwasserheizung in heißen Regionen eingesetzt. In gemäßigten Gebieten liegt die Betriebstemperatur im Allgemeinen unter 30 °C.
Vorteile verglaster Solarkollektoren
Diese Art von Kollektoren verfügen über eine transparente Abdeckung, die die vom Absorber zurückprallende Strahlung einfängt und die Gesamteffizienz erhöht. Um dies zu erreichen, erzeugt die transparente Abdeckung des Kollektors einen Treibhauseffekt.
Der Treibhauseffekt wird in einigen transparenten Körpern erzeugt, die normalerweise nur von Strahlung mit Wellenlängen zwischen 0,3 und 3 Mikrometern durchdrungen werden. Da der Großteil der Sonnenstrahlung zwischen 0,3 und 2,4 Mikrometer groß ist, kann Sonnenlicht durch Glas dringen.
Nach dem Durchtritt gelangt die Strahlung zum Absorber, der durch Sonneneinstrahlung erhitzt wird und Strahlung zwischen 4,5 und 7,2 Mikrometern abgibt, die das Glas nicht erneut passieren kann.
Diese nicht austretende Sonnenstrahlung wird wieder nach innen reflektiert. Ein Teil dieser Energie erhitzt das Glas und das Glas sendet es ein und aus.