Der Flachkollektor ist eine Art Solarthermiemodul, dessen Ziel es ist, Sonnenstrahlung in Wärmeenergie umzuwandeln.
Diese Art von thermischen Sonnenkollektoren haben ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis in gemäßigten Klimazonen und eignen sich gut für eine Vielzahl von thermischen Anwendungen, wie zum Beispiel:
- Produktion von Brauchwarmwasser (DHW).
- Poolheizung.
- Unterstützung beim Heizen durch Solarthermie.
- Vorwärmen von Industrieflüssigkeiten.
Wie funktioniert ein flacher Sonnenkollektor?
Der Betrieb eines flachen Sonnenkollektors basiert auf der Wärmeübertragung.
Die Sonnenstrahlung fällt auf den Wärmeabsorber des Kollektors. Beim Auftreffen der Strahlung auf die Absorberoberfläche wird ein Teil ihrer Energie in Wärme umgewandelt. Folglich steigt die Temperatur des Sonnenkollektors.
Wenn wir eine Flüssigkeit in den Kollektor leiten, wird ein Teil dieser Wärme nach dem ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik auf die Flüssigkeit übertragen. Der Rest der Energie geht noch 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.
Welchen Vorteil haben verglaste Sonnenkollektoren?
Dieser Kollektortyp hat eine transparente Abdeckung, die die vom Absorber reflektierte Strahlung einfängt und den Gesamtwirkungsgrad erhöht. Dazu erzeugt die transparente Abdeckung des Kollektors einen Treibhauseffekt.
Der Treibhauseffekt wird in einigen transparenten Körpern erzeugt, die normalerweise nur von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 0,3 und 3 Mikrometer durchquert werden. Da der größte Teil der Sonnenstrahlung zwischen 0,3 und 2,4 Mikrometer beträgt, kann Sonnenlicht durch Glas hindurchtreten.
Nach dem Durchgang findet die Strahlung den Absorber, der durch die Sonneneinstrahlung erwärmt wird und Strahlung zwischen 4,5 und 7,2 Mikrometer emittiert, die das Glas nicht wieder passieren kann.
Diese nicht austretende Sonnenstrahlung wird nach innen reflektiert. Ein Teil dieser Energie erhitzt das Glas und das Glas sendet es ein und aus.
Arten von flachen Sonnenkollektoren
Je nach Konfiguration des Absorbers und ob er verglast ist oder nicht, können wir zwei Grundtypen von Flachkollektoren unterscheiden:
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Parallele Absorberkonfiguration; Dieser Kollektortyp kann horizontal und vertikal verwendet werden. Die parallele Anordnung begünstigt eine Schichtung der Kollektortemperatur mit einer größeren Wasserumwälzung durch die Abzweigungen im Kollektor.
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Reihenabsorberkonfiguration: Es besteht aus einem einzigen kontinuierlichen Kreislauf mit geringem zirkulierendem Wasservolumen und einem höheren thermischen Sprung mit guter Leistung.
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Verglasung - Wird im Allgemeinen in Brauchwassererwärmungssystemen oder -installationen verwendet. Die Betriebstemperatur liegt in der Regel zwischen 30 °C und 60 °C. Es besteht aus einem Isolierkasten mit Verglasung. Im Inneren befindet sich ein Absorptionsmittel, in dem die Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert. Die Verglasung blockiert Infrarotstrahlung und isoliert den Luftspalt über dem Absorber, um warm zu bleiben.
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Unglasiert: Diese Art von Flachkollektoren ist viel billiger, aber weniger verbreitet. Je nach Außentemperatur wird es in der Regel in Schwimmbadheizungen verwendet, kann aber in heißen Ländern manchmal als Warmwasserheizung verwendet werden. In gemäßigten Zonen liegt die Betriebstemperatur im Allgemeinen unter 30 Grad Celsius.
Bestandteile eines flachen Sonnenkollektors
Der flache Sonnenkollektor besteht aus folgenden Elementen:
1. Absorber
Der Absorber ist das Element, das die Sonnenstrahlung im Inneren des Kollektors abfängt und für die Umwandlung von Sonnenenergie in Wärmeenergie verantwortlich ist.
Der Absorber besteht normalerweise aus einer Metallfolie, meist Kupfer (ein guter Wärmeleiter), die sich verdunkelt. 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 aus hitzeschwarzer Farbe widersteht hohen Temperaturen.
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Eine selektive Behandlung, basierend auf elektrochemischen Abscheidungen oder Lacken mit Metalloxiden, die eine hohe Absorption der Sonnenstrahlung und eine geringe Wärmeemission aufweisen.
Der Absorber enthält ein Gitter von Leitungen, durch die das Wärmeübertragungsfluid zirkuliert.
2. Transparente Abdeckung
Die transparente Abdeckung hat die Funktion, den Sonnenkollektor von den äußeren Umgebungsbedingungen zu isolieren und die Sonnenstrahlung durchzulassen. Diese Abdeckung verursacht den Treibhauseffekt.
Es besteht normalerweise aus einer einzigen Platte aus starkem Glas mit einer Dicke von etwa 4 mm.
Dieser Teil ist nur in verglasten Flachkollektoren vorhanden.
3. Isolierung
Die Dämmung hat die Funktion, Wärmeverluste vom Inneren des Kollektors – speziell vom Absorber – nach außen zu verhindern. Es besteht normalerweise aus synthetischen Schaumstoffplatten (Polyurethan, Cyanide, Glasfaser usw.), die sich an den Seiten und auf der Rückseite des Solarmoduls befinden.
4. Gehäuse
Das Gehäuse dient zur Aufnahme der restlichen Komponenten des Sonnenkollektors.
Dieser Verschluss wird normalerweise von einem Aluminiumprofil gebildet, das eine Widerstandsfähigkeit der Montage auch unter extremen Arbeitsbedingungen garantiert. Außerdem hat das Gehäuse im unteren Teil Perforationen zum Ableiten von Kondensat.