Solarthermie-2000 – Teilprogramm 2 - Solar - so heizt man heute

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2 Beschreibung der wichtigsten Komponenten einer Solaranlage
Alle thermischen Solaranlagen sind prinzipiell nach einem gleichen Schema aufgebaut. Sie
bestehen aus dem Kollektorfeld, den Solarspeichern, Wärmetauschern (sofern im Kollektoroder
im Speicherkreis ein anderer Wärmeträger zirkuliert als im Verbrauchsnetz), den notwendigen
Rohrverbindungen und Pumpen, einer Regelung sowie den Sicherheitskomponenten.
In den folgenden Unterkapiteln wird auf den Kollektor, sowie auf diejenigen Komponenten
eingegangen, an die in einem Solarsystem besondere Anforderungen gestellt werden (Solarspeicher,
Wärmetauscher, Regelung). Die Erläuterung der praktischen Anforderungen an
diese Bauteile steht hier gegenüber der exakten physikalischen Funktionsbeschreibung im
Vordergrund.
Wo es zum Verständnis für die Komponentendimensionierung unbedingt notwendig ist,
werden physikalische Vorgänge mathematisch beschrieben, oft über näherungsweise Ansätze,
die in der Praxis zu ausreichend genauen Ergebnissen führen. Die physikalischen
Grundlagen und genauen mathematischen Abbildungen können der entsprechenden Fachliteratur
entnommen werden /4,9,10/. Die übrigen Komponenten (Verrohrung, Sicherheitsarmaturen,
Pumpen etc.) werden in Kap.6 näher betrachtet.
2.1 Sonnenkollektoren
Kenntnisse über den prinzipiellen Aufbau von Kollektoren und ihrer Funktionsweise werden
an dieser Stelle vorausgesetzt. Im folgenden wird daher lediglich auf Berechnungsgrundlagen
sowie auf verschiedene Definitionen und Normen eingegangen, deren unterschiedlicher
Gebrauch auch in Fachkreisen häufig zu Missverständnissen geführt hat.
2.1.1 Funktionsweise von Kollektoren
Der im Kollektor angebrachte Absorber wandelt einen Teil der durch . die Kollektoröffnung
(Aperturfläche) A e fallende Strahlung E e in Nutzwärmeleistung Q n um, die dann über einen
Wärmeträger zum Verbraucher transportiert . werden kann. Der Quotient aus gewonnener
Nutzwärmeleistung aus dem Kollektor Q n und der angebotener Strahlung E e ∙A e wird als
Wirkungsgrad des Kollektors bezeichnet.
.
η = Q n /(E e ∙A e )
Mit folgender Gleichung kann dieser Wirkungsgrad η für beliebige Einstrahlungsbedingungen
E e und Übertemperaturen Δ berechnet werden, wenn die Werte für den Konversionsfaktor
η 0 , den linearen Wärmedurchgangskoeffizient k 1 und den quadratischen Wärmedurchgangskoeffizient
k 2 bekannt sind.
η = η 0 - k 1 (/ E e ) – k 2 ( 2 / E e )
mit = m - L = 0,5 ( e + a ) - L