Solarthermische Niedertemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 390

In Diagrammen wird der Wirkungsgrad von Kollektoren entweder über der Tempera-
turdifferenz zwischen Absorber und Umgebung ( T A − T U ) oder aber auch über der redu-
zierten Variablen Φ = k ges ( T A − T U )/ i glob aufgetragen.
Für Niedertemperaturkollektoren liegt Φ zwischen 0 und 0.2. In Datenblättern wird oft
ein punktueller Wirkungsgrad η Φ angegeben. Zum Beispiel ist η 0.05 der Wirkungsgrad des
Kollektors für Φ = 0.05. Dies entspricht dem Betriebszustand bei dem die Konvektions- und
Strahlungsverluste 5 % der auf die Kollektoroberfläche eingestrahlten Energie ausmachen.
Verfeinerte Kollektormodelle berücksichtigen zusätzliche Verluste aufgrund der Wär-
mekapazität des Absorbers und des Wärmetransportmediums. Diese Modelle weisen einen
linearen Zusammenhang zwischen dem Wirkungsgrad η und der Temperaturdifferenz
( T A − T U ) auf. Messungen des Wirkungsgrades von Kollektoren ergeben jedoch, dass der Wir-
kungsgrad mit zunehmender Temperaturdifferenz überproportional abnimmt. Eine Ursache
dafür ist das überproportionale Anwachsen der Strahlungsverluste, die mit der vierten Potenz
der Absorbertemperatur ansteigen. Für Kollektoren, die bei hohen Temperaturen betrieben
werden, wird dieser Effekt durch einen zusätzlichen quadratischen Term ( T A − T U ) 2 berück-
sichtigt. Damit ergibt sich eine modifizierte Wirkungsgradgleichung in folgender Weise:

− 1
i glob

∗
ges

T U ) 2 ] .

η = η 0 [ k · ( T A − T U ) + k 1 · ( T A −

(6.14)

Der Faktor k 1 ist um etwa zwei Größenordnungen kleiner als der lineare Wärmeüber-
gangskoeffizient und hat daher erst bei hohen Temperaturdifferenzen zwischen mittle-
rer Absorbertemperatur und Umgebungstemperatur einen signifikanten Einfluss auf den
Wirkungsgrad. Die Wärmeübergangszahlen k

ges und k 1 sind zudem von klimatischen
Faktoren wie Luftfeuchte und vor allem von den Windverhältnissen abhängig.

∗

6.2 Niedertemperaturkollektorvarianten

Bei den solaren Niedertemperaturkollektorsystemen haben sich im Wesentlichen drei
Hauptsystemgruppen etabliert, die die Abb. 6.1 darstellt. Es handelt sich dabei um:

• Röhrenabsorber werden für die solare Schwimmbadbeheizung verwendet.
• Flachkollektoren finden in der solaren Brauchwassererwärmung Anwendung.
• Vakuumkollektoren werden ebenfalls für die Brauchwassererwärmung aber auch we-
gen des hohen Wirkungsgrades zur Heizungsunterstützung eingesetzt.

Im Folgenden werden Aufbau und Eigenschaften dieser drei Typen kurz beschrieben. Wie der
Abb. 6.1 zu entnehmen ist, gibt es Vielzahl von Unterarten von Kollektorausführungen,
die auf spezifische Einsatzarten und -orte speziell abgestimmt sind. Hier beschränkt sich
die Darstellung auf die wesentlichen Merkmale und Charakteristika der am häufigsten
anzutreffenden Systeme.