Vakuum-Röhrenkollektoren

Die effektivste Möglichkeit solare Energie aufzunehmen und in Wärme umzuwandeln, bieten die Röhrenkollektoren. Röhrenkollektoren, auch Vakuum-Röhrenkollektoren genannt, arbeiten ähnlich wie die herkömmlichen Flachkollektoren. Allerdings unterscheidet sich der innere Aufbau der Röhrenkollektoren von den Flachkollektoren. Durch den speziellen Aufbau werden Wärmeverluste deutlich verringert, was sich jedoch auch bei den Anschaffungskosten zeigt.

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Aufbau und Funktion

Anders als bei Flachkollektoren befindet sich der Absorber nicht an der Luft, sondern in mehreren doppelwandigen Glasröhren, die über flüssigkeitsgefüllte Wärmeleitbleche gestülpt sind. Die Luft wird aus den Röhren abgesaugt und dadurch entsteht ein Vakuum. Dieser Umstand sorgt für eine erhebliche Verringerung der Wärmeverluste. Da sich keine Luft zwischen Absorber und Abdeckplatte befindet, findet keine Luftbewegung und somit keine Abkühlung statt. Das Vakuum sorgt in der Glasröhre für eine optimale Dämmung, denn durch das Vakuum entstehen keine Konvektion- und Übertragungsverluste. Über ein Sammelrohr welches sich am Rahmen der Röhrenkollektoren befindet, werden mehrere Rohre mit dem Kreislauf verbunden. Die Vakuum-Röhrenkollektoren werden mit der Solarflüssigkeit gefüllt und leiten die solar gewonnene Energie zum Wärmespeicher weiter. Außerdem sorgt ein Reflektor hinter der Vakuumröhre dafür, dass sich vor Allem bei diffuser Strahlung die Leistung merklich erhöht.
Selbst bei hohen Temperaturen arbeiten die Vakuum-Röhrenkollektoren noch sehr effektiv, gerade bei einer thermischen Solaranlage zur Heizungsunterstützung oder bei der Erzeugung von Prozesswärme in der Industrie ist das ein enormer Vorteil. Da die Röhrchen gedreht und somit dem Neigungswinkel angepasst werden können, ist dies bei nicht so ideal geneigten Dächern ein optimaler Ausgleich für den Wirkungsgrad.

Vakuumröhrenkollektor

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Vakuum-Röhrenkollektoren – Die verschiedenen Ausführungen

Bei den verschiedenen Ausführungen von Vakuum-Röhrenkollektoren unterscheidet man zwischen direkt durchströmenden Röhrenkollektoren, Heatpipe Kollektoren und CPC Kollektoren. Bei den Heatpipe Kollektoren wird kein Wärmeträger durch die Rohre geführt, sondern es findet ein verdampfen eines Mediums (zum Beispiel Methanol) durch die Sonnenwärme statt. Dieser Dampf steigt in den oberen Kondensator, wird dort kondensiert und gibt die gewonnene Wärme an den Solarkreislauf ab. Nach dem Prozess der Kondensation sinkt das erneut flüssige Methanol wieder in der Heatpipe herunter. Anders als bei den direkt durchströmten Vakuum-Röhrenkollektoren muss in diesem Fall eine horizontale Neigung von mindestens 25° gegeben sein.
Noch eine weitere Ausführung stellen die CPC Kollektoren dar. CPC steht für Compound Parabolic Concentrator und damit werden Hohlspiegel gemeint, die das Licht auf einen Punkt bündeln. Die CPC Spiegel befinden sich hinter den Röhren im inneren des Kollektors. Diese werfen das vorbei strahlende Licht von hinten auf die Absorberrohre zurück. Der Aufbau ist ähnlich wie bei einer Thermoskanne die in einem qualitativ hochwertigen Doppelmantel-Rohrglas eingebunden ist und somit das Vakuum besonders schützt. Gerade bei diffusem Licht wird die Leistung bei diesem Typ von Röhrenkollektoren enorm erhöht. Durch diese CPC Spiegel werden in den Kollektoren deutlich höhere Temperaturen erzeugt als bei herkömmlichen Flachkollektoren. Der Wirkungsgrad wird durch diesen Prozess enorm gesteigert.

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Schnittbild schematisch - Kombispeicher

Solarthermie

Die Unterschiede der Kollektoren einer thermischen Solaranlage

Vakuum-Röhrenkollektoren

Durchströmte Vakuumröhre

---Vakuum

---Glas

---Absorberblech

---Vorlauf

---Rücklauf

Sydney Vakuumröhre

---Vakuum

---Rücklauf

---Vorlauf

---Absorberblech

---Glas

Flachkollektor

---Absorberblech

Kosten

Die Kosten für Vakuum-Röhrenkollektoren liegen bei etwa 750 € pro Quadratmeter Fläche, für herkömmliche Flachkollektoren hingegen nur bei 250 € pro Quadratmeter. Bevor Sie sich für einen Kollektortyp entscheiden, sollten alle Anlagenteile optimal aufeinander abgestimmt werden. Wenn Sie in einen besonderen Kollektortypen sehr viel investieren, dieser aber nicht die volle Ertragsleistung bringen kann, war die erhöhte Investition vergebens. Lassen Sie sich dazu von einem Fachmann beraten.

Wirkungsgrade

Im Gegensatz zu herkömmlichen Flachkollektoren erzielen Vakuum-Röhrenkollektoren bis zu 30% höhere Wirkungsgrade. Dieser Gewinn zeigt sich allerdings auch bei den Anschaffungskosten. Bei einem Vakuum-Flachkollektor ist der Konversationsfaktor bei 0,82. Im Durchschnitt beläuft sich der thermische Verlustfaktor k bei 3,4. Jedoch ein Vakuum-Röhrenkollektor weist einen Konversationsfaktor von 0,62-0,84 bei einem Verlustfaktor k von 0,7-2,0 auf. Der Verlustfaktor k liegt also bei Vakuum-Röhrenkollektoren deutlich niedriger.

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