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Flachkollektor

Als Flachkollektoren 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: Während diese beim Vakuumröhrenkollektor durch das in einer Glasröhre "gefangene" Vakuum erreicht wird, verwenden Flachkollektoren herkömmliche Isoliermaterialien, zum Beispiel Mineralwolle, Polyurethan-Schaum und andere. Da diese Isolierung weniger effizient als ein Vakuum ist, werden beim Flachkollektor größere Kollektorflächen benötigt, um vor allem bei sehr niedrigen Temperaturen 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. Hochleistungs-Absorber auf Aluminium-Basis sind in der Entwicklung. Im Mittelmeerraum verwendete Aluminiumabsorber (teilweise mit Aluminium-, teilweise mit Kupferverrohrung) sind in der Regel nur mit so genanntem extrem hitzebeständigen Solarlack beschichtet; ihr Wirkungsgrad ist deutlich geringer.

Die Beschichtung entscheidet neben der Isolierung über die Leistungsfähigkeit des Kollektors. Sie soll hoch-selektiv 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 (Emission).

Historisch wurde dafür zuerst die galvanische Schwarzchrom-Beschichtung entwickelt. Sie hat heute nur noch einen sehr geringen Marktanteil, da neuere Beschichtung 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 Interpane [1], eine Ceramic-Metall-Struktur (vermutlich ebenfalls auf Titan-Basis), die wie die Titan-Nitrit-Oxid-Beschichtungen im Vakuum-Sputter-Verfahren aufgebracht wird und ebenfalls schwarzbläulich schimmert.

Um das Absorberblech mit dem Kupferrohr-Register zu verbinden, gibt es mehrere Möglichkeiten (Reihenfolge nach Häufigkeit): Ultraschallschweißen, Löten, Plasma- und Laserschweißen. Zurzeit 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.