Sonnenkollektoren. Röhrenförmige Vakuumkollektoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Herkömmliche einfache Flachkollektoren wurden für den Einsatz in Regionen mit warmem, sonnigem Klima entwickelt. An widrigen Tagen – bei kaltem, bewölktem und windigem Wetter – verlieren sie dramatisch an Wirksamkeit. Darüber hinaus führen wetterbedingte Kondensation und Feuchtigkeit zu einem vorzeitigen Verschleiß der internen Materialien, was wiederum zu einer Verschlechterung und einem Ausfall des Systems führt. Diese Mängel werden durch den Einsatz von Vakuumkollektoren behoben.

Vakuumkollektoren erwärmen Brauchwasser dort, wo Wasser mit höherer Temperatur benötigt wird. Sonnenstrahlung durchdringt das äußere Glasrohr, trifft auf das Absorberrohr und wird in Wärme umgewandelt. Die Übertragung erfolgt durch die durch das Rohr strömende Flüssigkeit. Der Kollektor besteht aus mehreren Reihen paralleler Glasröhren, an denen jeweils ein röhrenförmiger Absorber (anstelle einer Absorberplatte bei Flachkollektoren) mit einer selektiven Beschichtung angebracht ist. Die erhitzte Flüssigkeit zirkuliert durch den Wärmetauscher und gibt Wärme an das im Speichertank enthaltene Wasser ab.

Vakuumkollektoren sind modular aufgebaut, d.h. Je nach Warmwasserbedarf können Rohre je nach Bedarf hinzugefügt oder entfernt werden. Bei der Herstellung derartiger Kollektoren wird Luft aus dem Raum zwischen den Rohren abgesaugt und es entsteht ein Vakuum. Dadurch werden Wärmeverluste im Zusammenhang mit der Wärmeleitfähigkeit der Luft und der durch ihre Zirkulation verursachten Konvektion eliminiert. Übrig bleibt Strahlungswärmeverlust (Wärmeenergie bewegt sich von einer warmen zu einer kalten Oberfläche, auch im Vakuum). Dieser Verlust ist jedoch gering und vernachlässigbar im Vergleich zur Wärmemenge, die auf die Flüssigkeit im Absorberrohr übertragen wird. Das Vakuum in der Glasröhre stellt die bestmögliche Wärmedämmung für den Kollektor dar – reduziert Wärmeverluste und schützt Absorber und Heatpipe vor widrigen äußeren Einflüssen. Das Ergebnis ist eine hervorragende Leistung, die jeden anderen Solarkollektortyp übertrifft.

Es gibt viele verschiedene Arten von Vakuumkollektoren. In einigen Fällen verläuft ein weiteres, drittes Glasrohr im Inneren des Absorberrohrs; Es gibt andere Ausführungen von Wärmeübertragungsrippen und Flüssigkeitsrohren. In jedem Rohr befindet sich ein Vakuumverteiler, der 19 Liter Wasser fasst, sodass kein separater Wasserspeichertank erforderlich ist. Hinter den Vakuumröhren können auch Reflektoren angebracht werden, um die Sonnenstrahlung weiter auf den Kollektor zu konzentrieren.

Faktoren wie der atmosphärische Druck und die technischen Schwierigkeiten bei der Abdichtung des Kollektorgehäuses machen die Herstellung sehr arbeitsintensiv. Um die enorme Kraft des atmosphärischen Drucks zu überwinden, ist es notwendig, die transparente Hülle mit einer Masse interner Stützen zu verstärken. Das Problem, ein effizientes Hochvakuumsystem zu moderaten Kosten zu schaffen, ist noch nicht gelöst. Es ist sinnvoll, bessere Technologien anzuwenden und anzupassen, die für die Lampenindustrie mit ihrer bewährten Massenproduktion entwickelt wurden. In der Praxis ist es durchaus machbar, einen röhrenförmigen Vakuumkollektor herzustellen und darin ein Hochvakuum aufrechtzuerhalten, analog zu elektrischen Lampen und Fernsehröhren. Um den Wärmeverlust durch die innere Gasatmosphäre (d. h. Konvektionsverluste) zu reduzieren, ist es notwendig, während der gesamten Betriebsdauer des Kollektors eine optimale Vakuumisolierung aufrechtzuerhalten.

In Regionen mit hohen Temperaturunterschieden sind diese Kollektoren aus mehreren Gründen wesentlich effizienter als Flachkollektoren. Erstens funktionieren sie sowohl unter Bedingungen direkter als auch diffuser Sonneneinstrahlung gut. Diese Eigenschaft, kombiniert mit der Fähigkeit des Vakuums, den Wärmeverlust nach außen zu minimieren, macht diese Kollektoren in kalten, wolkigen Wintern unverzichtbar. Zweitens fällt aufgrund der runden Form der Vakuumröhre das Sonnenlicht den größten Teil des Tages senkrecht auf den Absorber. Zum Vergleich: Bei einem festen Flachkollektor fällt das Sonnenlicht nur zur Mittagszeit senkrecht auf seine Oberfläche. Vakuumkollektoren haben eine höhere Wassertemperatur und einen höheren Wirkungsgrad als Flachkollektoren, sind aber auch teurer.

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