Die allgemeine Knappheit der fossilen Rohstoffe und die damit verbundenen steigenden Preise holen neue regenerative Energieträger auf den Markt. Ein Energieträger deren KW/h Preis weder der Staat durch Steuern noch die Börsengänge durch Spekulationen beeinflussen können ist die Sonnenkraft. Die Sonnen sendet ein breites Strahlenspektrum auf die Erde aus. Beim Auftreffen auf jegliche Flächen werden diese Strahlen vorrangig in Wärme umgesetzt (Absorbation) und ein recht geringer Teil wird reflektiert und woanders in Wärme umgesetzt. Bauteile die Sonnenlicht in Wärme umsetzten und an ein anderes Medium z.B. Wasser oder Glykol abgeben werden als thermische Solarkollektoren bezeichnet deren Hauptbestandteil der Absorber ist. Wie immer kommt es bei jedem Produkt welches Energie umsetzt auf den Wirkungsgrad an. Wenn man die Herstellerdifferenzen unberücksichtig lässt hängt der Wirkungsgrad von der Temperaturdifferenz zwischen der Kollektortemperatur und der Umgebungstemperatur, also der Außentemperatur ab. Da in den meisten Fällen die Energie bei kühlen Außentemperaturen benötigt wird versucht den Absorber vor Wärmeabgabe nach außen hin zu schützen. Dies geschieht oft durch ein Vakuum oder durch eine Wärmedämmung des Absorbers an den nicht Absorbierenden Seiten. Hier ein kleiner Auszug der beiden wesentlichen Kollektorbauweisen für Wohngebäude:
Bei den Röhrenkollektoren sind die Bauweisen stark herstellerabhängig. Manche bauen die Röhren drehbar um sie ausrichten zu können, wo dann natürlich nicht genutzte Zwischenräume entstehen. Andere arbeiten stattdessen mit einem Spiegelsystem und leiten zumindest einen Teil der nicht genutzten Sonnenstrahlen auf die Röhre um. Des Weiteren ist diese Bauweise absolut unschlagbar wenn es um die Isolation der gewonnenen Wärme geht. Das Vakuum schirmt den heißen Absorber thermisch von den Witterungseinflüssen ab und schütz ihn zugleich vor Regen und leichtem Hagel. Durch diese extrem geringen Verluste des Kollektors ergibt sich natürlich eine wahnsinnig hohe maximale Stillstandstemperatur von 270°C zuzüglich Umgebungstemperatur. Die maximale Stillstandstemperatur ergibt sich aus den Verlusten des Kollektors. Deshalb eignet sich diese Bauweise besonders bei gewollt hohen Temperaturdifferenzen beispielsweise über 70°C im Sommer oder auch bei diffuser Lichteinstrahlung (Wolken stehen vor der Sonne). Im Winter nutzt einem der hohe Wirkungsgrad nur wenn nicht der Schnee die absorbierende Fläche blockiert, denn dieser rutscht nicht einfach herunter wie beim Flachkollektor, sondern bleibt zwischen den Glasröhren stecken. Die Glasröhren sind leider nicht aus entspiegeltem Glas weil sich entspiegeltes Glas nur als Flächenglas herstellen lässt. Das Vakuum macht den Kollektor anfälliger bei rauem Wetter, was die Lebenserwartung verglichen mit dem Flachkollektor kürzer ausfallen lässt. Des Weiteren besteht der Kollektor nur zu ca. 74% aus Absorbierender Fläche, die anderen 26% setzten sich aus Zwischenräumen und Konstruktion zusammen, was die Leistung verglichen mit der Brutto Fläche senkt. Fazit: Der Röhrenkollektor ist durch seine aufwendige Herstellung teurer, hat einen besseren Wirkungsgrad und ist für höhere Temperaturen ausgelegt, verglichen mit Flachkollektor. Des weiteren wird er staatlich stärker gefördert als die Flachkollektoren.
Der Flachkollektor glänzt mit seiner Langlebigkeit. Der Vollflächenabsorber liegt in einem Aluminiumrahmen, gebettet auf einer 50mm starken Mineralwolleplatte. Die Alu-Konstruktion sorgt für die notwendige Stabilität die Mineralwolleplatte reduziert die Wärmeverluste. Das Sicherheitsglas ist entspiegelt (eisenarm) und Reflektiert weit unter 1% der Sonnenstrahlung zurück, zudem ist es hoch stabil. Hagel und starke Schneefälle können das Glas nicht beschädigen. Der Kollektor ist jedoch Windanfälliger bei einer Freiaufstellung, weil er dem Wind keine Zwischenräume bietet, aber mit dem entsprechenden Befestigungssystem sollte das kein Hindernis sein. Satte 93% der Gesamtoberfläche dient der Lichtabsorbation, die restlichen 7% bestehen aus dem Alurahmen. Die maximale Stillstandstemperatur liegt hier bei 180°C zuzüglich Umgebungstemperatur. Für die Bewertung eines Solarkollektors ist für mich die reine Absorberfläche entscheidend. Hersteller verweisen grundsätzlich auf die Bruttofläche (Absorber+Rahmen), weil sich nämlich die staatlichen Förderungen darauf beziehen. Für mich ist die Fläche des Rahmens vollkommen uninteressant. Bezahlen muss ja auch pro Kollektor und nicht je m². Das ist der Knackpunkt wenn man Röhrenkollektoren mit Flachkollektoren vergleicht. Der Flachkollektor hat den besseren Wirkungsgrad bezogen auf die Absorberfläche, aber er hat zugleich weniger von dieser Fläche. Zum Beispiel für 25m² Absorberfläche braucht man entweder 10 Flachkollektoren oder 12 Vakuumröhrenkollektoren. Diese Situation wird sehr gerne in grafischer Darstellung ausgenutzt. Die maximale Stillstandstemperatur liegt beim Flachkollektor bei 180°C. Fazit: Der Flachkollektor ist zwar preislich attraktiver und zudem robuster sollte jedoch nicht dort eingesetzt werden wo sehr hohe Temperaturen gefordert werden.
Aus dem oben gezeigten Diagramm geht hervor, wie der Wirkungsgrad und somit die Leistung eines jeden Solarkollektoren mit steigender Kollektortemperatur bei gleich bleibender Umgebungstemperatur sinkt. Das heißt:
Wasser lässt sich mit einem Solarkollektor bei 20°C Umgebungstemperatur schneller von 20°C auf 30°C erwärmen, als von 40°C auf 50°C obwohl die im Wasser aufgenommene Energie jeweils dieselbe ist. Grund ist der steigende Wärmeverlust des Kollektors mit steigenden Temperaturdifferenzen. Sinnvoll ist es die Wassertemperatur möglichst weit zu senken, z.B. durch Fussbodenheizung und/oder Trinkwassernutzung. Wenn die Sonne dann scheint sollte man möglichst viel Energie speichern können (puffern). Dafür sind die Pufferspeicher notwendig, sie speichern Energie wenn sie im Überfluss vorhanden ist und geben sie wieder ab wenn sie benötigt wird, was natürlich eine Regelung voraussetzt. In innovativen Neubauten findet man heut zu Tage immer einen Pufferspeicher wenn nicht mit Öl oder Gas geheizt wird. An einem bestehenden Pufferspeicher kann man immer eine Solaranlage nachrüsten. Und umgekehrt, wer heute eine Solaranlage baut braucht morgen keinen Pufferspeicher mehr einbauen wenn er regenerative Energien einsetzt will, denn für Feststoffheizungen mit Holz, Pellets oder Hackschnitzeln sowie für eine Wärmepumpe wird ein Pufferspeicher benötigt. Sonnenkollektoren werden unter viele Namen verkauft, jedoch gibt es nur 4 tatsächliche Hersteller. Hier können Sie ein kleines Video vom Marktführer herunter laden (Rechte Maustaste klicken und dann auf den Button Ziel speichern unter), dort wird der Fertigungsprozess gezeigt. Von diesem Unternehmen stammen auch unsere Solar Produkte.
A Raumwärmebedarf eines Hauses (etwa ab Baujahr 1984)
B Raumwärmebedarf eines Niedrigenergiehauses
C Warmwasserbedarf (Nutzerabhängig)
D Sonnenenergieertrag bei 5 m² Absorberfläche
E Sonnenenergieertrag bei 15 m² Absorberfläche
Zum Thema Solartechnik stehen an dieser Stelle drei PDF-Dokumente und zwei Videos bereit, um Ihnen weitere Informationen zu liefern. Bitte klicken Sie auf die Links, um sich die Dokumente anzuschauen. Für das Video bitte rechte Maustaste klicken und dann den Button "Ziel speichern unter".
Herstellerunabhängige Auskünfte pdf
Solartechnik Produktdatenblätter pdf
Datenblatt des Green-one-tec Rahmenkollektors
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