Sonnenkollektoren. Luftkollektoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Luftkollektoren haben den Vorteil, dass sie die Gefrier- und Siedeprobleme vermeiden, unter denen Flüssigkeitssysteme manchmal leiden. Ein Kühlmittelleck in einem Luftverteiler ist zwar schwerer zu erkennen und zu beheben, stellt jedoch weniger ein Problem dar als ein Flüssigkeitsleck. Bei Luftsystemen kommen häufig günstigere Materialien zum Einsatz als bei Flüssigkeitssystemen, etwa Kunststoffverglasungen, da die Betriebstemperatur niedriger ist.

Luftkollektoren sind einfache Flachkollektoren und werden hauptsächlich zur Raumheizung und Trocknung landwirtschaftlicher Produkte eingesetzt. Absorbierende Platten in Luftkollektoren sind Metallplatten, mehrschichtige Siebe, auch solche aus nichtmetallischen Materialien. Luft strömt durch natürliche Konvektion oder unter dem Einfluss eines Ventilators durch den Absorber. Da Luft ein schlechterer Wärmeleiter als Flüssigkeit ist, überträgt sie weniger Wärme an den Absorber als Wärmeträgerflüssigkeit.

Bei einigen Solarlufterhitzern sind an der Absorberplatte Ventilatoren angebracht, um die Luftturbulenzen zu erhöhen und die Wärmeübertragung zu verbessern. Der Nachteil dieser Bauweise besteht darin, dass für den Betrieb der Ventilatoren Energie verbraucht wird und somit die Betriebskosten der Anlage steigen. In kalten Klimazonen wird die Luft in den Spalt zwischen der Absorberplatte und der isolierten Rückwand des Kollektors geleitet: Dadurch wird ein Wärmeverlust durch die Verglasung vermieden. Wenn die Luft jedoch nicht mehr als 17 °C erwärmt wird°Bei einer Temperatur von ca. XNUMX °C über der Außentemperatur kann das Wärmeträgermedium ohne großen Wirkungsgradverlust auf beiden Seiten der Absorberplatte zirkulieren.

Die Hauptvorteile von Luftkollektoren sind ihre Einfachheit und Zuverlässigkeit. Solche Sammler haben ein einfaches Gerät. Bei richtiger Pflege kann ein Qualitätssammler 10 bis 20 Jahre halten und ist sehr einfach zu verwalten. Ein Wärmetauscher ist nicht erforderlich, da die Luft nicht gefriert.

Allerdings beschränkt sich der Einsatz solarer Lufterhitzer noch immer auf die Raumheizung und Trocknung landwirtschaftlicher Produkte, vor allem in Entwicklungsländern. Es gibt mehrere Faktoren, die den breiteren Einsatz von Luftkollektoren im industriellen Maßstab einschränken. Darunter eine große Kollektorfläche aufgrund der geringen Dichte und geringen spezifischen Wärme des Luftkühlmittels im Vergleich zum flüssigen; die Notwendigkeit eines langen Kanals; hoher Bedarf an Elektrizität, um Luft durch den Kollektor zu treiben, sowie die Schwierigkeit, Wärme zu speichern. Regionen mit relativ geringer Sonneneinstrahlung und langen Schlechtwetterperioden benötigen zusätzliche Wärme; Dadurch steigen die Investitionskosten so stark, dass die Wettbewerbsfähigkeit von Solarkollektoren im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen eingeschränkt wird. Eine mögliche Möglichkeit, die Kosten für Kollektoren zu senken, besteht darin, sie in die Wände oder Dächer von Gebäuden zu integrieren sowie Kollektoren zu schaffen, die aus vorgefertigten Bauteilen zusammengebaut werden können.

Arbeitsprinzip

Luftsolarkollektoren können je nach Art der Luftzirkulation in Gruppen eingeteilt werden. Im einfachsten Fall strömt die Luft durch den Kollektor unter dem Absorber. Dieser Kollektortyp ist nur zur Temperaturerhöhung um 3-5 geeignet°C aufgrund des hohen Wärmeverlusts an der Kollektoroberfläche durch Konvektion und Strahlung. Durch die Abdeckung des Absorbers mit einem transparenten Material mit geringer Infrarotleitfähigkeit können diese Verluste deutlich reduziert werden. Bei einem solchen Kollektor erfolgt die Luftströmung entweder unter dem Absorber oder zwischen Absorber und transparenter Abdeckung.

Dank der transparenten Abdeckung wird die Wärmeabstrahlung des Absorbers leicht reduziert, jedoch kommt es aufgrund der Reduzierung der konvektiven Wärmeverluste zu einem Temperaturanstieg von 20-50 °C°C abhängig von der Menge der Sonneneinstrahlung und der Intensität des Luftstroms. Durch die Führung des Luftstroms sowohl oberhalb als auch unterhalb des Absorbers lässt sich der Wärmeverlust weiter reduzieren, da sich dadurch die Wärmeübertragungsfläche verdoppelt. Der Wärmeverlust durch Strahlung wird somit aufgrund der reduzierten Temperatur des Absorbers reduziert. Allerdings kommt es gleichzeitig auch zu einer Verringerung der Aufnahmefähigkeit des Absorbers durch Staubansammlung, wenn der Luftstrom beidseitig am Absorber vorbeistreicht.

Einige Solarkollektoren senken die Kosten, indem sie auf Verglasung, Metallgehäuse und Wärmedämmung verzichten. Ein solcher Kollektor besteht aus schwarzen Lochblechen, wodurch eine gute Wärmeübertragung erreicht werden kann. Die Sonne erhitzt das Metall und der Ventilator saugt die erhitzte Luft durch Löcher im Metall. Solche Kollektoren unterschiedlicher Größe werden in Privathäusern eingesetzt. Ein typischer Kollektor mit den Maßen 2,4 mal 0,8 Meter kann 0,002 m3 Außenluft pro Sekunde erwärmen. An einem sonnigen Wintertag erwärmt sich die Luft im Kollektor um 28 °C°C im Vergleich zu draußen. Dies verbessert die Luftqualität im Inneren des Hauses, da der Kollektor die von außen einströmende Frischluft direkt erwärmt. Diese Kollektoren haben einen sehr hohen Wirkungsgrad erreicht – in einigen industriellen Anwendungen übersteigt er 70 %. Darüber hinaus erfordern sie keine Verglasung und Isolierung und sind kostengünstig in der Herstellung.

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