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Kollektorwirkungsgrad
1
Der Wirkungsgrad und die Wirkungsgradkennlinie eines Solarkollektors lassen sich mit
Hilfe von drei Parametern η
0
,
a
1
und
a
2
bestimmen. Der optische Wirkungsgrad η
0
be-
schreibt, welchen Anteil des Sonnenlichts der Absorber in Wärme umwandelt. Der Absor-
ber selbst oder eine Frontglasscheibe reflektieren nämlich einen Teil des Sonnenlichts,
bevor es überhaupt absorbiert werden kann. Je nach Kollektortyp liegt der optische
Wirkungsgrad zwischen 70 und 90 Prozent. Die zwei Verlustkoeffizienten
a
1
und
a
2
geben
an, wie stark die Wärmeverluste im Kollektor sind. Je heißer der Kollektor wird, desto
größer sind die Wärmeverluste und desto weniger Nutzwärme kann der Kollektor abgeben.
Große Verlustkoeffizienten bedeuten auch große Wärmeverluste. Die Formel für den
Kollektorwirkungsgrad lautet:
a
⋅
∆
ϑ
+
a
⋅
∆
ϑ
2
η
=
η
−
1
2
.
0
E
Hierbei gibt ∆ϑ die Temperaturdifferenz vom Kollektor zur Umgebung und
E
die solare
Bestrahlungsstärke an.
Bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C und einer Kollektortemperatur von 55 °C
ergibt sich eine Temperaturdifferenz von ∆ϑ = 30 °C beziehungsweise 30 K. Für einen
Flachkollektor mit einem optischen Wirkungsgrad von η
0
= 0,8 und den Verlustkoeffi-
zienten
k
1
= 3,97 W/(m² K) und
k
2
= 0,01 W/(m² K²) berechnet sich an einem schönen
Sommertag mit einer solaren Bestrahlungsstärke von
E
= 800 W/m² ein Kollektorwir-
kungsgrad von
(
)
2
W
W
3
97
⋅
30
K
+
0
01
⋅
30
K
2
2
2
m
K
m
K
η
0
−
=
0
64
=
64
%
.
W
800
2
m
Ein 4,88 m² großer Kollektor gibt dann eine Leistung von 2500 Watt ab. Das ist aus-
reichend, um in einer Stunde 100 Liter Wasser von 33,5 °C auf 55 °C zu erwärmen.
Die Kollektorwirkungsgradkennlinie beschreibt den Verlauf des Wirkungsgrads in Ab-
hängigkeit der Temperaturdifferenz von Kollektor und Umgebung
(Abbildung 6.3)
. Sie
zeigt, dass der Wirkungsgrad mit zunehmender Temperaturdifferenz sinkt, bis der Kollek-
tor dann bei einem Wirkungsgrad von null schließlich gar keine Leistung mehr abgibt.
Fast alle thermischen Solarsysteme benötigen neben einem Kollektor auch einen Speicher.
Nur in den seltensten Fällen scheint nämlich die Sonne immer genau dann, wenn auch die
Wärme gebraucht wird. Ein einfacher Wassertank stellt bereits einen Wärmespeicher dar.
Dieser sollte zur Reduzierung der Wärmeverluste gut gedämmt sein. Die Speichergröße
hängt vor allem vom Wärmebedarf und von der gewünschten Speicherdauer ab. Tages-
speicher für Warmwasseranlagen in Einfamilienhäusern zum Überbrücken weniger Tage
fassen meist nur einige Hundert Liter. Sollen neben Warmwasser auch sehr große Mengen
