Einführung

Solarkollektoren sind die Vorrichtungen, die dazu dienen, die im Sonnenlicht erhaltene Energie zu sammeln und durch das Solarsystem zum einen Brauchwasserspeicher zu übertragen. Die Wärmeenergie wird aus der Infrarotstrahlung durch die Fläche des Absorbers eingefangen und folglich zu der durch den Kopf des Kollektors fließende Wärmeträgerflüssigkeit übertragen,. Die derart aufgewärmte Wärmeträgerflüssigkeit wird im geschlossenen System mit Hilfe der Solarpumpe zum Wärmespeicher übertragen. Durch die Oberfläche der spiralen Schlangenrohre des Gefäßes wird die Wärme ins Wasser übertragen und für den täglichen Haushaltsbedarf benutzt. Im Falle der Vakuum-Kollektoren ist die eingefangene Energie im Vakuum geschlossen. Die Vakuum-Kollektoren sind durch den sehr niedrigen Grad der Wärmeverluste gekennzeichnet. Daher funktionieren sie sehr effektiv innerhalb von 365 Tage im Jahr.  In Deutschland werden zwischen November und die Ende des Februars die Bedingungen für die Arbeit der Kollektoren wegen der geografischen Lage deutlich erschwert. Während diesen Monaten arbeiten viel effizienter die Vakuumkollektoren.

Die Flachkollektoren stellen die erste Generation der Solarkollektoren dar. Ihre Konstruktion basiert auf der Schlangenröhre, in der die Wärmeflüssigkeit fließt. Die Schlangenröhre ist mit dem Kupferblech abgedeckt. Der Kupferbleich ist mit der Fläche beschichtet, die die das Einfangen der Sonnenstrahlung ermöglicht.  All das wird noch mit dem schützenden Solarglas abgedeckt. Im Falle der Flachkollektoren kommt der Energiegewinn völlig auf die Außentemperatur ab. Wenn also die niedrige Temperatur gibt, aber trotzdem die Sonne scheint, wird alle eingefangene Wärme zurückgegeben bevor noch absorbiert wurde. Die Flachkollektoren eignen sich für die Anwendung in den Ländern, wo die hohe Einstrahlung der Sonne auf die Erde ganzes Jahr gibt und wo die Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Jahrzeiten relativ gering sind.

Es geht um die Vakuumkollektoren, in denen die Wärmeflüssigkeit wird in jeder Vakuumsröhren direkt übertragen. Die Wärmeträgerflüssigkeit wird ähnlich wie im Flachkollektor direkt in dem Kupferröhrchen erwärmt. Im Gegensatz zu Flachkollektoren schließen die Vakuumskollektoren sämtliche Energieverluste aus. Eine solche Lösung lässt höhere Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit zu erreichen und dadurch auch höher Energiegewinne. Diese Technologie hat jedoch auch Nachteile. Man muss es nämlich im Auge halten, dass die sehr hohen Temperaturen, die der Kollektor während der Zeit seiner Untätigkeit (z. B. Urlaub) absorbiert, zur Überwärmung des Systems führen können. Daher ist erforderlich die Anlage in dieser Zeitspanne zu verschatten. Je mehr der Wärmeträgerflüssigkeiten, desto mehr Zeit man braucht um die Anlage in Gang zu setzen. Geht die Anlage kaputt, so ist es notwendig, sie völlig auszulehren.
Dieser Kollektortyp hat noch einen Nachteil, nämlich die Gefahr des Entstehens von den Niederschlägen, die zur Verringerung der Leistung führen können.

Die Kollektoren Heat-Pipe sind die Vorrichtungen, in denen Wärmeträgerflüssigkeiten nicht direkt durch den Kollektor fließt und die Wärmeannahme in dem Gerätskopf. Dieser Kollektortyp ist mit kleinen Röhrchen ausgestattet ist. In jedem Vakuumröhre befindet sich die Substanz, die schon bei +30oC dämpft. Folglich verflüssigt sich in dem sich auf der Ende des Dämpfungsgerätes befindenden Gerät, erwärmt ihn und wegen der Verbindung zur Sammlungmagistrale trägt die Wärme den durch sie fließende Wärmeträgerflüssigkeiten über.   

Das Vakuum garantiert geringe Wärmeverluste, wodurch der Kollektor über das ganze Jahr (selbst bei niedrigen Temperaturen im Winter) arbeiten kann. Die Technologie und die in den modernen Kollektoren „heat-pipe“ angewandte Baustoffe lassen sie blitzschnell im Gang setzen und ermöglichen große Kraft (Macht) der Anlagen zu erreichen. Die energetische Effizienz aus einem m2 des Vakuumkollektors kann sogar dreifach größer als im Falle des Flachkollektors sein.

Letztendlich bedeutet es, dass es zur Aufwärmung derselben Wassermenge geringere Zahl von Kollektoren erforderlich ist. Weiterer Vorteil der Vakuumkollektoren ist die Möglichkeit des Einfangens von zerstreuter Energie. Dadurch erfüllt der Kollektor seine Funktion beim bewölkenden Himmel, wenn draußen immer noch über 0 C ist. Bei der Anwendung dieser Technologie wurde das Problem der Überwärmung der Installation reduziert. Die Wärmeträgerflüssigkeit fließt nämlich allein durch den Kollektorkopf. Dadurch ist er nur in begrenzter Maße für die zu hohe Temperatur ausgesetzt.

Bei der Anwendung dieses Systems ist es nicht erforderlich, während Ihrer Abwesenheit zu Hause die Oberfläche des Korrektors zu verschatten.  Kollektoren Heat-Pipe sind zuverlässig selbst wenn es nach langer Frist der Stillstellung kommt starke Sonnenstrahlung. Daher ist die Sicherheitsgrad der Arbeit der Anlage als sehr hoch anzusehen.  Die erwähnten Kollektoren sind als die Frucht des neusten technologischen Forschritts anzusehen. Daher ihre optische und energetische Effizienz steht auf dem höchsten Niveau.

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Koeffizienten, die die Flachkollektoren beschreiben

Optischer Koeffizient der Arbeitsleistung

Die optische Arbeitsleistung der Kollektoren wird bestimmt in dem Moment, wenn kein Temperaturenunterschied zwischen dem Absorber und Umgebung vorhanden ist. Je höhere optische Arbeitsleistung ist, desto besser ist Ausnutzung der Sonnenstrahlung durch die Anlage. Die optische Arbeitsleistung wird durch das Durchdringen der Sonnenstrahlung durch die Solarglas und durch den Leistungsgrad der Oberfläche des Korrektors (Effizienz der Absorbierungsfläche) beschrieben. Die tatsächliche Leistung des Sonnenkollektors kommt auf die optische Arbeitsleistung verringerte durch die Wärmeverluste.

Koeffizient der Wärmeverluste

K1 – der lineare Anzeiger des Durchdringens der Wärme  [W/m2 x K]
Bestimmt die Wärmverluste, wenn es sich die Temperatur seines Absorbers an die Umgebungstemperatur (in Deutschland: April-September) nähert.
K2 – viereckige Anzeiger der Wärmverluste [W/m2 x K]
Dieser Anzeiger bestimmt die Wärmeverluste des Kollektors, wenn die Temperatur seines Absorbers erheblich höher als die Umgebungstemperatur ist. Er ist besonders von Bedeutung in den Klimabedingungen von Deutschland, die sich zwischen Oktober und März durch die relativ niedrigen Temperaturen gekennzeichnet werden. Es ist zu betonen, dass  für Vakuumkollektor 2/2.5 mal niedriger im Vergleich zu Flachkollektoren ist. Aus diesem Grund sind sie leistungsfähiger als im Winter.

Die Bruttooberfläche

Die Oberfläche des Kollektors, die seine äußeren Dimensionen und Profilrahmen umfasst.

Die Absorberoberfläche

Die wirksame Oberfläche des Absorbers ist mit der hochselektiven Oberfläche gedeckt und bleibt nicht verschatten. Von daher nennt man sie auch häufig Effektivkollektoroberfläche. Im Falle der Röhrenkollektoren nimmt man an, dass das nur ein Ausschnitt des Vakuumröhreumlaufs oder die Oberfläche des Flachabsorbers für den Kollektor Sunti EV ist. Um die notwendige Fläche des Korrektors für bestimmte Installation zu berechnen, nimmt man stets die Fläche des Absorbers an.

Koeffizient der Leistungsfähigkeit des Kollektors

Er stellt prozentuelles Verhältnis zwischen der Wärmeenergie eingefangenen durch den Kollektor und die Strahlungskraft dar. Sein Wert kommt vor allem auf die Qualität der die Wärme absorbierenden Oberfläche und auf die Verluste schon erworbenen Wärme ab. Zum seiner mathematischen Beschreibung nutzt man die Anzeiger K1 und K2.

Die Wärmeeffizienz der Kollektoren

Es wird in den günstigen Wetterbedingungen verifiziert, in denen die Unterschiede zwischen Flach -und Vakuumkollektoren sind unwesentliche (ca. 10+15 W/m2). Die momentane Wärmeleistung ist es von jährlicher Energieerwerbung (für veränderlichen Wetterbedingungen) zu unterscheiden, die für die Vakuumkollektoren sogar 50-60% höher als bei Flachkollektoren sein kann.