Solarthermische Niedertemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 400

Abb. 6.11 Wirkungs-
gradverlauf η eines
Vakuumröhrenkollektors
in Abhängigkeit von der
solaren Einstrahlungsinten-
sität i glob in W/m 2 für
einen Kollektor mit
k

1.8 W/(m 2 K)
und k 1 = 0.02 W/(m 2 K)

∗

= 1,8 W / (m 2 K)

ges

Wie das Kennlinienfeld eines typischen Vakuumröhrenkollektors in Abb. 6.11 zeigt,
erreichen Vakuumkollektoren auch bei hoher Einstrahlung und hohen Temperaturen (um
100 °C) noch Wirkungsgrade um 50 %. Sie werden vorzugsweise zur Heizungsunterstüt-
zung bei Altbauten (Hochtemperaturheizung) und zur Erzeugung von Prozesswärme ver-
wendet. Wegen ihres höheren Wirkungsgrads im Vergleich zu Flachkollektoren sind sie
ebenfalls eine Option falls nicht ausreichend Fläche für ein Flachkollektorfeld zur Ver-
fügung steht. Ein Nachteil der Vakuumröhrenkollektoren gegenüber Flachkollektoren ist
ihr deutlich höherer Preis.
Der Trend bei den Vakuumröhrenkollektoren geht zu Systemen mit rückwärtigen CPC
Spiegeln und zum Einsatz langzeitbeständigerer Materialien, wie zum Beispiel Ganzglas-
kollektoren. Die eingesetzten CPC-Konzentratoren reduzieren insbesondere die Flächen-
kosten. Moderne Kollektoren erreichen Stillstandstemperaturen von ca. 300 °C. Der Ent-
wicklungsfokus der Röhrenkollektoren richtet sich hauptsächlich auf preisgünstigere Sys-
teme bei gleichzeitig höherer Zuverlässigkeit.
Vakuum-Röhren-Kollektoren können zu Versuchszwecken auch einfach mit Klebever-
bindungen hergestellt werden. Die Klebenaht zeigt die Abb. 6.12 . Eine ausreichende Breite
der Klebenaht kann nur am Umfang erreicht werden. Dazu muss der Metallflansch mit
einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von > 10 −5 (1/K) und im Betrieb höheren Tempe-
raturen als das Glasrohr dieses von außen umfassen. Der Kleber muss bis zu Temperaturen
von etwa 200 °C im Dauerbetrieb elastisch bleiben, um thermische Ausdehnungsdifferen-
zen langfristig ausgleichen zu können. Der verwendete Kleber ist im Verarbeitungszustand
so hochviskos, dass er durch Unterdruck in die Naht eingezogen werden kann. Durch eine
zweite Klebeschicht werden Undichtigkeiten aus der ersten Klebenaht beseitigt. Der Kleber
sollte möglichst das Ende des Glasrohrs nicht überdecken (im oberen Bild der Abb. 6.12
gegenteilig dargestellt). Im Glasrohr wird solare Strahlung nicht nur absorbiert sondern
auch gestreut. Alle Streustrahlung mit einem Streuwinkel in Richtung der Glasrohrwand
hat kaum eine Chance das Glasrohr in das optisch dünnere Medium der umgebenden Luft
zu verlassen. Es wird daher zum Ende des Glasrohrs geleitet. Es tritt dort aus und heizt ein
angrenzendes Medium, hier den Kleber, auf.