Solarthermie Kollektoren - der Luftkollektor

In der Solarthermie wird besonders in den USA der Luftkollektor mehrfach eingesetzt. Aber auch in Europa nimmt die Verbreitung weiter zu. Verglichen mit Flach- oder Röhrenkollektoren benötigt der Luftkollektor keine Trägerflüssigkeit, doch er braucht mehr Fläche. Bevor es zu einem Einbau kommt, sollten allerdings noch weitere Nach- und Vorteile berücksichtigt werden.
Dieser Artikel wurde von
Thorben Frahm für www.Solaranlagen-Portal.com verfasst.
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SolarthermieKollektorenLuftkollektor

Ein Luftkollektor verwendet Luft als Wärmeträgermedium

Ein Röhren- oder Flachkollektor verwendet für den Solarkreislauf eine Flüssigkeit als Wärmeträger. Im Luftkollektor befindet sich keine Solarflüssigkeit, denn die Solarstrahlung erwärmt direkt Luft im Kollektor. In einem Gehäuse wird der Absorber montiert, der von der Sonnenstrahlung die Wärme sammelt. Eine Glasscheibe deckt das wärmegedämmte Gehäuse ab.

Bild: Grammer Solar GmbH

 

Im Vergleich zu den anderen Solarthermie Kollektoren ist ein Luftkollektor größer, denn beim Wärmetransport wird bei Luft ein größeres Volumen gebraucht. Der Wärmetauscher überträgt die Wärme auf das Wasser im Solarspeicher - somit ist auch der Wärmetauscher größer. Nachdem auch die Luftkanäle einen großen Querschnitt haben, wird bei einer Solarthermieanlage mit Luftkollektor also im Verhältnis einiges mehr an Platz benötigt.

Eine Photovoltaikanlage kann den Betriebsstrom bereitstellen

Der Wärmekreislauf in einem Luftkollektor wird über Ventilatoren angetrieben. Das Solarsystem benötigt Strom, denn mit elektrischer Energie werden die Ventilatoren angetrieben. Die Energiebilanz wird somit verschlechtert und dies ist auch der Grund, weshalb bei der Trinkwassererwärmung im Vergleich zum Röhren- und Flachkollektor  seltener der Luftkollektor zum Einsatz kommt. Wird die Anlage mit Photovoltaik verbunden, dann kann dieses Problem verringert werden. Die Ventilatoren im Luftkollektor können mit der Photovoltaikanlage mit Solarstrom in Betrieb sein.

Wo wird ein Luftkollektor eingesetzt?

Besonders ist er für eine Luftheizung sehr geeignet. Diese kommen vermehrt in Lagerhallen, Sporthallen und Schwimmbädern vor. Er kommt auch bei landwirtschaftlichen Produkten zur Trocknung oder in Berghütten zum Einsatz. Auch Wohngebäude werden ent- und belüftet mit dem Luftkollektor in der Solarthermie.

Bereits seit Jahren sind beispielsweise in den Vereinigten Staaten die Luftheizungen sehr verbreitet. Besteht ein Haus bereits mit keiner großen Heizleistung und ist gut gedämmt, dann kann ein Zuluftsystem eingebaut werden. Es gibt bei dem Luftkollektor keine Korrosionsprobleme und er friert bei Kälte nicht ein. Damit der Kollektor vor Verschmutzung geschützt wird, muss ein Filter eingebaut werden. Auch Schimmelbildung wird vorgebeugt, denn die Luftfeuchtigkeit wird verringert.

Ob ein Luftkollektor für ihre Solarthermieanlage geeignet ist, finden Fachbetriebe für Solarthermie zuverlässig heraus.

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Erfahrungen & Fragen zum Thema Luftkollektor

Ferienhaus mit Solarluftkollektoren aufheizen - geht das?

ich plane mein Ferienhaus mittel Solarluftkollektoren zu belüften und etwas aufzuheizen. Jedoch habe ich keine Wand nach Süden oder Westen, die einzige Möglichkeit ist eine waagerechte Montage mit maximal 20 Grad Steigung, die wenn möglich zu vermeiden ist. Die maximale Kollekorgröße ist ca. 2m+60 cm. Das 2te Problem ist, dass das Haus von Oktober bis April beschattet ist. Es steht also nur die Tageshelligkeit zur Verfügung. In dieser Zeit jedoch benötige ich die Belüftung und Erwärmung am meisten, da dann unbewohnt. Meine Fragen: 1) Geht es mit waagerechter Montage? 2) Wie hoch ist die Erwärmung ca bei waagerechter Montage und ohne direkt Sonneneinstrahlung (beschattet) 3) Wie hoch ist dann die Gebläseleistung in m³/h 4) Kann das Gebläse geregelt/abgestellt werden (sehr warme Sommer mir voller Sonne aufs Panel)? 5) Die Luft muss ca 18 m weit und davon 10 m nach unten transportiert werden, da nur Dachmontage möglich ist. Ist das möglich? Vielen Dank für Ihre Hilfe!
Antwort von MICO-Energieberatung

Im Unterschied zu den bereits etablierten solaren Wassersystemen muss bei der Nutzung von Luft als Wärmeträger beachtet werden, dass aufgrund der geringen Wärmekapazität von Luft große Volumina benötigt werden, um die erforderlichen Energiemengen zu transportieren. Im Kollektor direkt erschwert der - im Vergleich zu Wasser - wesentlich schlechtere Wärmeübergang auf den gasförmigen Wärmeträger Luft den Prozeß.
Was im ersten Moment daher als Nachteil erscheint, gewinnt durch die Tatsache neue Bedeutung, dass durch die Tendenz zur Niedrigenergiebauweise, die Frage der Wohnraumbelüftung neuen Stellenwert bekommt. Der Aufschwung und die neue Bedeutung der Luftsysteme machen daher auch die Nutzung der Sonnenenergie nun besonders attraktiv.
Worauf es bei Solar-Luftsystemen an kommt

Freilich ist die Optimierung bei Auslegung und Betrieb der Gesamt-Anlage von entscheidender Bedeutung. Wie bei allen solaren Anwendungen steht aber auch hier der Kollektor im Zentrum, denn nur was im Kollektor gewonnen werden kann, steht zur weiteren Verteilung zur Verfügung.

Strömungsprinzipien in Luftkollektoren
Folgende Eigenschaften sind dabei zu beachten:

Der unterströmte Absorber: (Luftstrom unter dem Absorber)
+ Der Luftspalt zwischen Absorber und Verglasung wirkt wärmedämmend
- nur eine Oberfläche dient als Wärmeübertragungsfläche (d.h. Rippen, oder eine andere Art der Oberflächenvergrößerung
ist oft sinnvoll
Der überströmte Absorber (Luftstrom zwischen Absorber und Abdeckung)
+ einfach herzustellen, kostengünstig
- bei hoher Differenz zwischen Absorber- und Aussenlufttemperatur treten große Wärmeverluste durch die Abdeckung auf,
starke Abhängigkeit von der Aussenluftgeschwindigkeit; nur eine Oberfläche dient als Wärmeübertragungsfläche
Der beidseitig umströmte Absorber:
+ Wärmeübertragung auf beiden Seiten des Absorbers
- bei hoher Differenz zwischen Absorber- und Aussenlufttemperatur treten große Wärmeverluste durch die Abdeckung auf,
starke Abhängigkeit von der Aussenluftgeschwindigkeit
Der durchströmte Absorber: (Stoff- oder perforierte Metallabsorber)
+ sehr guter Wärmeübergang vom Absorber an die durchströmende Luft
- hohe Druckverlustbeiwerte, abhängig vom Einsatzort (Staub, Luftschadstoffe...) hohe Absorber-Materialbelastung

Warme Luft zu erzeugen ist bekanntermaßen eine einfache Sache. Optimierte Solar-Luftsysteme zu entwickeln, die im gewünschten Einsatzbereich optimale Ergebnisse liefern, ist eine Angelegenheit, für die einiges Know-how erforderlich ist.
MfG
MICO-Energie
W. Reitz

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