Man unterscheidet folgende Bauformen:
-
Vakuumröhrenkollektor
-
Flachkollektor
-
Parabolrinnenkollektor
Solarthermische Kollektoren ohne die Konzentration der Strahlung zur Anhebung der Temperatur
- Flachkollektoren arbeiten bei einer durchschnittlichen Temperatur von ca. 80 °C. In ihnen wird das Licht nicht gebündelt, sondern erwärmt direkt eine flache wärmeabsorbierende Fläche, die Wärme gut leitet und mit Röhren durchzogen ist, in denen sich das Wärmeträgermedium befindet. In diesen Kollektoren wird meist ein Wasser-Propylenglycol-Gemisch (Verhältnis 60:40) als Wärmeträgermedium verwendet. Durch den Zusatz von 40 Prozent Propylenglycol wird ein Frostschutz bis ?23 °C und darunter ein Gefrieren ohne Volumenzunahme (zum Vermeiden einer möglichen Frostsprengung) erreicht, sowie eine Siedetemperatur, die je nach Druck 150 °C und mehr betragen kann. Inzwischen gibt es neuere Flachkollektoren, die anstelle des Dämmmaterials mit einer Vakuum-Isolierung ausgestattet sind (ähnlich Vakuumröhrenkollektoren). Dies steigert durch geringere Energieverluste den Wirkungsgrad. Die nutzbare jährliche Wärmeenergie, die ein nicht vakuumisolierter Flachkollektor liefert, liegt bei ca. 350 kWh/m².
- Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus zwei konzentrisch ineinander gebauten Glasröhren. Zwischen diesen Glasröhren befindet sich ein Vakuum, das die Übertragung der Strahlungsenergie des Lichts zum Absorber zulässt, aber einen Wärmeverlust stark verringert. In der inneren Röhre befindet sich ein Wärmeübertragungsmedium, meist ein Wasser-Diethylenglycol-Gemisch, das sich erwärmt und durch Pumpen angetrieben die Wärme transportiert. Es gibt auch sogenannte „offene Systeme“, die Wasser direkt erhitzen. Diese Kollektoren arbeiten üblicherweise bis zu einer Betriebstemperatur von ca. 150 °C. Vakuumröhrenkollektoren haben höhere Wirkungsgrade als Flachkollektoren, aber sind typischerweise teuer in der Anschaffung.
Solarthermische Kollektoren mit der Konzentration der Strahlung zur Anhebung der Temperatur
- Vakuumröhrenkollektoren können auch Reflektoren enthalten (siehe Bild oben), die die Strahlung auf das Rohr mit dem Wärmeträgermedium konzentrieren. Es gibt aber auch am Markt dicht gepackte Vakuumröhrenkollektoren ohne Reflektor. Die Konzentrationswirkung ist aber je nach Ausführung unterschiedlich stark und soll
- einerseits bewirken, dass weniger Licht ungenutzt zwischen den vakuumisolierten Wärmeträgerrohren hindurch auf die Dachziegel scheint
- andererseits erlauben sie es, die Vakuumabsorber mit einem größeren lichten Abstand anzuordnen, was Kosten spart und durch die Konzentration der Strahlung auf die Vakuumabsorber die Temperatur im Wärmeträgermedium schneller steigt und erhöht wird, wodurch die minimale Systemtemperatur und damit der Zeitpunkt der Nutzbarkeit der Energie schneller erreicht und das System länger und wegen der höheren Temperatur energetisch besser nutzbar wird.
- Von Nachteil ist aber, dass die Reflektoren verschmutzen und regelmäßig vorsichtig gereinigt werden müssen, was schwierig ist, um den Vorteil zu erhalten.
- Parabolrinnenkollektoren nutzen die Fokussierung der Lichtstrahlen auf eine zentral verlaufende absorbierende Wärmeleitung. Anzumerken ist hier die deutlich höher liegende Arbeitstemperatur zwischen 200 und 500 °C. Als Wärmeträgermedium werden daher Öle eingesetzt.
- Solartürme, bei denen einzelne Flachspiegel der Sonne nachgeführt werden, so dass das Licht an der Spitze eines Turmes auf den eigentlichen Absorber konzentriert wird. Durch dieses Verfahren können sehr hohe Temperaturen von mehr als 1.000 °C erzeugt werden. Die theoretische Grenze liegt hier bei der Strahlungstemperatur der Sonne von etwa 5.500 °C. Als Wärmeträgermedium werden Luft, Öle oder flüssiges Natrium verwendet.[6]
Brennpunkteigenschaft einer Parabel
Ziel ist somit ein gezieltes Absorbieren möglichst aller auf dem Kollektor auftreffenden Sonnenenergie.
Quelle: Wikipedia