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Flachkollektor

Flachkollektor

Der Flachkollektor ist eine Art Solarthermie, deren Ziel es ist, Sonnenstrahlung in Wärmeenergie umzuwandeln. Dieser Solarkollektortyp hat ein gutes Preis- / Leistungsverhältnis in gemäßigten Klimazonen und passt sich einer Vielzahl von Anwendungen der Solarthermie (Erwärmung von Brauchwasser, Erwärmung von Schwimmbädern, Heizungsunterstützung, Vorwärmen von Industrieflüssigkeiten) an usw.).

Abhängig von der Konfiguration des Absorbers können zwei grundlegende Typen von Flachkollektoren unterschieden werden: der parallele "Gittertyp" in vertikaler und horizontaler Ausführung und die serpentinenförmige "Serie. Grundsätzlich ist der Unterschied zwischen den beiden:

  • Die parallele Konfiguration begünstigt, dass die Temperatur des Solarkollektors mit einem größeren Wasservolumen durch die Abzweigungen im Inneren des Kollektors geschichtet werden kann und einen thermodynamischen Sprung von ungefähr 10 ° C mit einer guten Leistung erzielt wird.
  • Die Serienkonfiguration besteht aus einem einzelnen kontinuierlichen Kreislauf mit einem kleinen Volumen zirkulierenden Wassers und einem oberen thermischen Sprung mit einer guten Leistung.

Eine andere Möglichkeit, flache Sonnenkollektoren zu klassifizieren, besteht darin, ob sie glasiert oder unglasiert sind:

Der flachverglaste Sonnenkollektor wird in der Regel in Brauchwasserheizungsanlagen oder in Installationen eingesetzt. Die Betriebstemperatur liegt in der Regel zwischen 30 ° C und 60 ° C. Sie besteht aus einem isolierten Kasten, der mit einer Verglasung versehen ist. Im Inneren befindet sich ein Absorptionsmittel, in dem die Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert. Die Verglasung blockiert die Infrarotstrahlung und isoliert den Luftraum über dem Absorber, um die Wärme zu erhalten.

Der unglasierte flache Sonnenkollektor ist viel billiger, aber weniger verbreitet. Abhängig von der Außentemperatur wird es normalerweise in Poolheizsystemen verwendet, kann aber in warmen Ländern manchmal als Warmwasserheizsystem verwendet werden. In gemäßigten Zonen beträgt die Betriebstemperatur im Allgemeinen weniger als 30 Grad Celsius. Es besteht nur aus einem Absorptionsmittel, in dem das Kältemittel zirkuliert.

Leistung des flachen Sonnenkollektors 

Der Betrieb eines solarthermischen Kollektors zur Nutzung von Solarthermie ist sehr einfach. Tatsächlich erhält jeder Körper, der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, einen energetischen Strom, der ihn erwärmt und daher die Temperatur erhöht. Dieser Temperaturanstieg impliziert einen Anstieg der inneren Energie.

Ein Körper bei einer bestimmten Temperatur gibt aufgrund seiner thermodynamischen Eigenschaften Energie in Form von Strahlung ab, die direkt von der Temperaturdifferenz zwischen Körpertemperatur und Umgebungstemperatur abhängt.

Wenn wir den Sonnenkollektor durch Hindurchleiten einer Flüssigkeit kühlen, wird diese Wärme genutzt, was bedeutet, dass ein Teil der aufgenommenen Energie als Nutzenergie auf diese Flüssigkeit übertragen wird. Der Rest der Energie geht immer noch in Form von Strahlung vom Solarthermiekollektor an die Außenumgebung verloren. In diesem Fall ist die Arbeitstemperatur immer niedriger als die Gleichgewichtstemperatur.

Wenn wir eine gute Leistung erzielen wollen, müssen wir die Kollektoren bei der niedrigstmöglichen Temperatur arbeiten, solange dies für den beabsichtigten Gebrauch ausreicht.

Die eingesetzte erneuerbare Energie wird mittels der Wärmeträgerflüssigkeit aus dem Sonnenkollektor entfernt, die in der Regel aus einem Gemisch aus Wasser mit Frostschutz- und Korrosionsschutzmitteln besteht.

Physikalische Grundlagen des Betriebs des Flachkollektors 

Der flache Sonnenkollektor arbeitet nach folgenden physikalischen Prinzipien:

Der schwarze Körper (der Absorber)

Die einfallende Sonnenstrahlung wird von den Körpern teilweise absorbiert. Der Rest wird reflektiert oder geht durch sie hindurch.

Die Beziehung zwischen diesen Effekten hängt ab von:

  • Die Natur des Körpers
  • Der Zustand der Oberfläche.
  • Die Dicke des Körpers.
  • Die Art der Strahlung. Die Wellenlänge
  • Der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen.

Dunkle und matte Körper fangen die Sonnenstrahlung besser ein als jede andere Farbe. Deshalb ist der Absorber des Sonnenkollektors in der Regel dunkel gefärbt, um die Sonnenstrahlung optimal auszunutzen.

Der Treibhauseffekt

Der Treibhauseffekt wird in einigen transparenten Körpern erzeugt, die normalerweise nur von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 0,3 und 3 Mikrometern gekreuzt werden. Da der größte Teil der Sonnenstrahlung zwischen 0,3 und 2,4 Mikrometer liegt, kann das Sonnenlicht durch ein Glas fallen. Einmal gekreuzt, findet die Strahlung den Absorber, der durch Sonnenstrahlung erwärmt wird und Strahlung zwischen 4,5 und 7,2 Mikrometer emittiert, für die das Glas undurchsichtig ist.

Diese nicht entweichende Sonnenstrahlung wird wieder nach innen reflektiert. Ein Teil dieser Energie erwärmt das Glas und der Kristall schickt es nach innen und außen.

Einige Kunststoffe (z. B. Polycarbonat) verhalten sich ähnlich wie Glas (sie lassen die kurzwellige Strahlung der Sonne durch und stoppen die langwelligen Emissionen der Absorberplatte).

Die Isolation

Das dritte physikalische Prinzip beim Betrieb von Sonnenkollektoren ist die Isolierung der Baugruppe von außen, die in der Regel durch eine Innenverkleidung des Behälterkastens gebildet wird. Eine gute Dämmung verbessert die Nutzung der Solarthermie.

Komponenten eines flachen Sonnenkollektors

Der flache Sonnenkollektor kann glasiert oder unglasiert sein. Der Kollektor mit glasierter Abdeckung wird am häufigsten für die Warmwassererzeugung verwendet. Dieses Team besteht aus folgenden Elementen:

Absorber

Der Absorber ist das Element, das die Sonnenstrahlung im Kollektor abfängt und für die Umwandlung von Sonnenenergie in Wärmeenergie verantwortlich ist.

Der Absorber besteht üblicherweise aus einer Metallfolie, in der Regel Kupfer (guter Wärmeleiter), die sich grundsätzlich abdunkelt mit:

1. Ein dünner schwarzer Wärmelackfilm, der Arbeitstemperaturen über 100 Grad Celsius standhält.

2. Eine selektive Behandlung aufgrund der elektrochemischen Abscheidung Lacke oder Oxide Metall eine hohe Absorption von Solarstrahlung (Kurzwelle) und einer niedrigen Emissivität Wärme (langwelligem) aufweist.

Der Absorber enthält ein Rohrgitter, durch das das Wärmeträgerfluid zirkuliert.

Transparente Abdeckung

Die transparente Abdeckung hat die Funktion des Solarkollektors von äußeren Umgebungsbedingungen zu isolieren, obwohl die Sonnenstrahlung lassen - was den Treibhauseffekt. Normalerweise wird es durch eine einzelne Scheibe aus gehärtetem Glas (beständig) mit niedrigem Eisengehalt (sehr transparent) von ungefähr 4 mm Dicke gebildet.

Isolierung

Isolation ist das Element, wie beispielsweise in anderen Anwendungen, dient es den Wärmeverlust zu verhindern, dass im Inneren des Kollektors -specifically die absorbedor- nach außen und in der Regel aus Platten synthetischen Schaumstoffen (Polyurethan, Cyanid, Glasfaser usw.) an den Seiten und auf der Rückseite des Solarmoduls.

Wohnen

Das Gehäuse des flachen Solarkollektors hat die Funktion, die restlichen Komponenten aufzunehmen. Dieser Verschluss wird typischerweise durch einen eloxierter Aluminiumträger ausgebildet, um eine Festigkeit der Anordnung zu gewährleisten, auch unter extremen Bedingungen. Ebenso hat das Gehäuse im unteren Teil Kondensatablassöffnungen.

Flache Sonnenkollektoren ohne Abdeckung

Wie der Name schon sagt, bestehen die Solarkollektoren ohne Abdeckung im Wesentlichen aus dem Absorberelement, das im Allgemeinen aus einem Satz Röhren aus Kunststoff, EPDM, Gummi oder Polypropylen besteht.

Solarkollektoren dieser Art sind sehr wirtschaftlich und einfach zu installieren, da sie in der Regel flexible Konfigurationen aufweisen, mit denen sie auf jeder Oberfläche aufgestellt werden können, korrosionsbeständig sind und direkte Heizkonfigurationen ermöglichen, wie beispielsweise bei der Poolheizung.

Im Gegensatz dazu neigen die Kollektoren ohne Abdeckung mit synthetischem Absorber dazu, sehr steile Leistungskurven zu haben, da kein Glas eine sehr gute optische Leistung aufweist, sondern ihre Leistung schnell verliert, wenn die Umgebungstemperatur unter der Arbeitstemperatur liegt oder mit einer hohen Windgeschwindigkeit.

Flachdachlose Kollektoren sind daher nur bei Niedertemperaturanwendungen zu empfehlen, bei denen die Arbeitstemperatur nahe an der Umgebungstemperatur liegt, um beispielsweise die Badesaison in offenen Becken zu verlängern. Eine Variable dieser Art von Kollektoren ohne Abdeckung sind die Kollektoren aus eingebettetem und versetztem Metallblech, die speziell für Anwendungen im geschlossenen Kreislauf entwickelt wurden.

Diese Variante bietet eine bessere Wärmeleistung des Solarkollektors und ermöglicht die Erzeugung von Brauchwarmwasser oder anderen Niedertemperaturanwendungen. Ein weiteres Beispiel für diesen Kollektortyp, der auf unserem Markt erhältlich ist, ist eine multifunktionale Abdeckung, die die Eigenschaften einer wartungsfreien Edelstahlabdeckung mit der Effizienz eines Solarkollektors mit selektiver Oberfläche kombiniert.

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Geändert am: 14. Juni 2019