Komponenten und Funktion eines Flachkollektors: Absorber, Dämmung, Rahmen

Der Absorber: Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme

Der Absorber ist die zentrale Komponente, in der die Energie der Sonne in Wärme umgewandelt wird. Diese Wärme wird durch Wärmeleitung und Konvektion über die Platten zu den Kanälen und Leitungen für das Arbeitsfluid übertragen.

Aufbau und Material des Absorbers

Der Absorber besteht aus dünnen Blechen (0,3 bis 0,5 mm), meist aus Aluminium oder Kupfer, die die Strahlung absorbieren und an die Rohre weiterleiten. Die Rohre haben typischerweise einen Durchmesser von unter 1 cm, können sich aber nach der Verteilung mit anderen Rohren von etwa 2 cm Durchmesser verbinden. Das Fertigungsmaterial ist in der Regel Edelstahl oder Kupfer.

Anordnung der Rohre und Effizienz

Die Rohre müssen gleichmäßig über die Fläche verteilt werden, wobei der Abstand zwischen ihnen nicht zu groß sein darf (80 bis 120 mm). Sie müssen so konzipiert sein, dass sie geringe Verluste aufweisen, da höhere Verluste die Kosten für das Pumpsystem erhöhen.

Beschichtungen zur Absorptionsverbesserung

Die der Sonne zugewandte Seite ist mit einer Beschichtung versehen, um die Energieabsorption zu optimieren. Die gängigsten Behandlungen sind:

• Schwarz lackiert (mit speziellen Farben)
• Selektive Oberflächenbehandlung

Bei der selektiven Oberflächenbehandlung ist die Absorption zwar etwas geringer als bei schwarzer Farbe, die Emissionsrate wird jedoch deutlich reduziert. Derzeit sind Kollektoren mit beiden Behandlungsarten auf dem Markt.

Die transparente Abdeckung (Deckglas)

Die Funktionen der transparenten Abdeckung sind:

1. Thermische Isolierung des Absorbers.
2. Schutz vor äußeren Witterungsbedingungen.

Die Abdeckung lässt die einfallende, kurzwellige Strahlung passieren, verhindert aber die Abstrahlung der langwelligen Wärmeenergie, die vom Absorber emittiert wird. Sie sollte transparent für kurze Wellenlängen und undurchlässig für lange Wellenlängen sein. Dadurch wird die vom Absorber emittierte Strahlung im Kollektor zurückgehalten (Gewächshauseffekt).

Wärmedämmung und Dichtungen: Reduzierung von Verlusten

Das Ziel der Wärmedämmung ist es, Leitungsverluste zu reduzieren. Die Dämmung wird seitlich und auf der Rückseite des Kollektors platziert. Das Material sollte eine gute Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Häufig verwendete Dämmmaterialien

• Glasfasern
• Glaswolle
• Steinwolle

Anforderungen an Dichtungsmaterialien (EPDM)

Die Dichtungen befinden sich an den Verbindungsstellen des Rahmens, der transparenten Abdeckung und den Rohren. Sie müssen hohen Temperaturen (bis zu 180 °C) und erheblichen mechanischen Belastungen standhalten. Das häufig verwendete Material ist EPDM.

Der Rahmen (Gehäuse) des Solarkollektors

Der Rahmen ist das Gehäuse des Kollektors und dient zum Schutz vor mechanischer Beschädigung und Feuchtigkeit. Er wird normalerweise aus folgenden Materialien gefertigt:

• Aluminiumblech oder einer Aluminiumlegierung
• Glasfaserverstärktem Kunststoff mit Edelstahl