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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Solarkollektoren und ihre Verwendung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Seit der Antike nutzt der Mensch Sonnenenergie zur Wassererwärmung. Die Basis vieler Solarenergiesysteme ist der Einsatz von Solarkollektoren. Der Kollektor absorbiert Lichtenergie von der Sonne und wandelt sie in Wärme um, die an ein Kühlmittel (Flüssigkeit oder Luft) übertragen und dann zum Heizen von Gebäuden, zum Erhitzen von Wasser, zur Stromerzeugung, zum Trocknen landwirtschaftlicher Produkte oder zum Kochen von Lebensmitteln verwendet wird. Solarkollektoren können in fast allen Prozessen eingesetzt werden, die Wärme nutzen. Für ein typisches Wohngebäude oder eine typische Wohnung in Europa und Nordamerika ist die Warmwasserbereitung der zweitenergieintensivste Haushaltsprozess. Für einige Häuser ist es sogar das energieintensivste. Durch die Nutzung von Solarenergie können die Kosten für die Warmwasserbereitung um 70 % gesenkt werden. Der Kollektor wärmt das Wasser vor, das dann einer herkömmlichen Säule oder einem Boiler zugeführt wird, wo das Wasser auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird. Dies führt zu erheblichen Kosteneinsparungen. Dieses System ist einfach zu installieren und erfordert nahezu keine Wartung. Heutzutage werden solare Warmwasserbereitungssysteme in Privathäusern, Mehrfamilienhäusern, Schulen, Autowaschanlagen, Krankenhäusern, Restaurants, in der Landwirtschaft und in der Industrie eingesetzt. Allen diesen Betrieben ist eines gemeinsam: Sie nutzen Warmwasser. Hausbesitzer und Wirtschaftsführer haben bereits erkannt, dass solare Warmwasserbereitungssysteme kostengünstig sind und den Bedarf an Warmwasser in jeder Region der Welt decken können. Bereits in der Antike erhitzten Menschen Wasser mit Hilfe der Sonne, bevor fossile Brennstoffe weltweit die Führung in der Energieversorgung übernahmen. Die Prinzipien der Solarheizung sind seit Jahrtausenden bekannt. Eine schwarz gestrichene Oberfläche erwärmt sich in der Sonne stark, während sich helle Oberflächen weniger erwärmen, weiße weniger als alle anderen. Diese Eigenschaft wird in Solarkollektoren genutzt – den bekanntesten Geräten, die die Energie der Sonne direkt nutzen. Sammler wurden vor etwa zweihundert Jahren entwickelt. Der berühmteste davon, der Flachkollektor, wurde 1767 von einem Schweizer Wissenschaftler namens Horace de Saussure hergestellt. Später wurde es von Sir John Herschel während seiner Expedition nach Südafrika in den 30er Jahren zum Kochen verwendet. Die Technologie zur Herstellung von Sonnenkollektoren erreichte 1908 nahezu das moderne Niveau, als William Bailey von der amerikanischen „Carnegie Steel Company“ einen Kollektor mit wärmeisoliertem Körper und Kupferrohren erfand. Dieser Kollektor war dem modernen Thermosiphonsystem sehr ähnlich (siehe unten). Bis zum Ende des Ersten Weltkriegs hatte Bailey 4 dieser Sammler verkauft, und der Geschäftsmann aus Florida, der ihm das Patent abkaufte, verkaufte bis 000 fast 1941 Sammler. Die während des Zweiten Weltkriegs in den USA eingeführte Kupferrationierung führte zu einem starken Rückgang des Marktes für Solarheizungen. Bis zur globalen Ölkrise im Jahr 1973 wurden diese Geräte vernachlässigt. Allerdings hat die Krise ein neues Interesse an alternativen Energiequellen geweckt. Dadurch ist auch die Nachfrage nach Solarenergie gestiegen. Viele Länder sind stark an der Entwicklung dieses Bereichs interessiert. Die Effizienz von Solarheizsystemen ist seit den 1970er Jahren stetig gestiegen, dank der Verwendung von gehärtetem Glas mit reduziertem Eisengehalt (es lässt mehr Sonnenenergie durch als gewöhnliches Glas) zur Abdeckung der Kollektoren, einer verbesserten Wärmedämmung und einer langlebigen selektiven Beschichtung. Das gesamte sofort nutzbare Potenzial für Solarkollektoren beträgt einigen Schätzungen zufolge 360 Millionen m2, was monetär 50 Milliarden US-Dollar bei einer jährlichen Wachstumsrate von 23 % entspricht. Im Jahr 2005 betrug die Fläche verglaster Solarkollektoren in der EU 28 Millionen m2. Darüber hinaus dürften unglasierte Solarkollektoren zur Poolheizung eine Gesamtfläche von 20 Millionen m2 erreichen. Aufgrund der Einfachheit solarer Warmwasserbereitungssysteme ist der Wartungsaufwand minimal. Das hängt von der Art des Systems ab. Es ist notwendig, die Flüssigkeitsmenge im System und den Druck ein- oder zweimal im Jahr zu überprüfen. Einmal im Jahr müssen Sie prüfen, ob die Kühlflüssigkeit oxidiert ist. Hierfür können Sie Indikatorpapier verwenden. Wenn die Flüssigkeit im System kocht, müssen Sie sie austauschen, da sie durch das Kochen ihre Eigenschaften verlieren könnte. Bei der Auslegung der Anlage sind Frostschutzanforderungen zu berücksichtigen.
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