Flachkollektor

Als Flachkollektor wird ein bestimmter Bautyp von Sonnenkollektoren bezeichnet. Flachkollektoren werden in der Regel zur Erwärmung von Wasser verwendet.

Auf dem deutschen Markt, dem bei weitem größten in Europa, dominieren Flachkollektoren gegenüber Vakuumröhrenkollektoren etwa im Verhältnis 9:1. Technisch unterscheiden sie sich von diesen im Wesentlichen durch die Isolierung des Absorbers.

Die Isolationswirkung wird bei Vakuumröhrenkollektoren durch ein Vakuum in einer Glasröhre erreicht, welches einen Wärmetransport durch Konvektion vollständig unterbindet. Fraglich ist allerdings die langfristige Lecksicherheit z.B. durch Mikrorisse oder Diffusion, insbesondere, wenn auf das Einbringen eines gasadsorbierenden Getter verzichtet wird.

Flachkollektoren nutzen herkömmliche Isoliermaterialien, zum Beispiel Mineralwolle, Polyurethan-Schaum und andere. Diese Isolierung ist weniger effizient als ein Vakuum, daher werden größere Kollektorflächen benötigt, um vor allem bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen bzw. bei einer hohen Temperaturdifferenz zwischen Außenluft und der angestrebten Prozesstemperatur vergleichbare Leistungswerte zu erreichen. Unter ökonomischen Gesichtspunkten sind Flachkollektoren dennoch deutlich effizienter.

Heutige Hochleistungs-Flachkollektoren arbeiten mit einem Kupferabsorber. Zukünftige Hochleistungs-Absorber auf Aluminium-Basis sind in der Entwicklung.

Die im Mittelmeerraum überwiegend verwendeten Aluminiumabsorber (teilweise mit Aluminium-, teilweise mit Kupferverrohrung) sind in der Regel mit so genannten Ofenrohr- oder Thermolacken beschichtet. Solche Lacke sind bis 400 °C hitzebeständig. Der geringere Wirkungsgrad wird weitestgehend durch die höhere mittlere Sonnenscheindauer sowie Umgebungstemperatur kompensiert.

Die Beschichtung entscheidet neben der Isolierung über die Leistungsfähigkeit des Kollektors. Sie soll hochselektiv sein, das heißt, deutlich mehr als 90 % der einfallenden Wärmestrahlung aufnehmen (Absorption), aber weniger als 10 % der aufgenommenen Wärme wieder in Form langwelliger Strahlung abgeben (Emittieren).

Historisch wurde dafür zuerst die galvanische Schwarzchrom-Beschichtung entwickelt. Sie hat heute nur noch einen sehr geringen Marktanteil, da neuere Beschichtungen nicht nur höhere Wirkungsgrade erlauben, sondern auch unter Produktions- und Recycling-Aspekten als umweltfreundlicher gelten.

Am verbreitetsten ist heute eine aufgesputterte Schicht auf Titanbasis mit blauer Farbe, die deutlich niedrigere Emissionswerte als Schwarzchrom erreicht.

Die ersten serienreifen Beschichtungen dieser Art wurden in Form von Titan-Nitrit-Oxid-Beschichtungen in Deutschland entwickelt und von der Fa. TiNox [1] auf den Markt gebracht. Eine weitere Neuentwicklung ist die sunselect-Beschichtung des Glas- und Beschichtungsherstellers Alanod-Sunselect [2], eine Keramik-Metall-Struktur (vermutlich ebenfalls auf Titanbasis), die wie die Titan-Nitrit-Oxid-Beschichtungen im Vakuum-Sputter-Verfahren aufgebracht wird und ebenfalls schwarzbläulich schimmert.

Um das Absorberblech mit dem Kupferrohrregister zu verbinden, gibt es mehrere Möglichkeiten

(Reihenfolge nach Häufigkeit):

* Ultraschallschweißen
* Löten
* Plasma- und Laserschweißen.

Aktuell ist das Laserschweißen stark im Kommen. Meist wird dabei eine Vollfläche mit dem gesamten Register verbunden. Alternativ lässt sich auch je ein Absorberstreifen (so genannte Finne) mit je einem Kupferrohr verbinden. Vollflächenabsorber dominieren mittlerweile gegenüber Finnenabsorbern etwa im Verhältnis 4:1.

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