Wirkungsgrad Solarkollektor: Optische und thermische Verluste

Der Kollektorwirkungsgrad bestimmt, wie viel der Globalstrahlung, die auf einen Kollektor trifft, in nutzbare Wärme umgesetzt werden kann. Es gibt optische und thermische Verluste.
Dieser Artikel wurde von
Thorben Frahm für www.Heizungsfinder.de verfasst.
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HeizungenSolarthermieKennzahlen

Kollektorwirkungsgrad: Nutzbarer Anteil der Sonnenstrahlung

Der Kollektorwirkungsgrad hängt von der Strahlungsleistung der Sonne ab. Folglich gibt es tägliche und jahreszeitliche Schwankungen. Im Durchschnitt liegt der Wirkungsgrad eines Solarkollektors bei ca. 50%. Der Kollektorwirkungsgrad ist Bestandteil der Produktbeschreibung des Solarkollektors.

Wirkungsgrad Solarkollektor: 20% Optische Verluste

Wenn die Globalstrahlung in der Solarthermie auf den Solarkollektor trifft, gehen zunächst ca. 20% der Energie durch optische Verluste verloren. Den Kollektorwirkungsgrad reduzieren:

  • einfallende Strahlung wird an der Glasscheibe reflektiert
  • Strahlung wird von der Glasscheibe absorbiert
  • Strahlung wird am Absorber reflektiert
  • Absorber wird durch die Strahlung erwärmt

Der optische Wirkungsgrad wird in der Einheit eta Null (η0) angegeben.

Kollektorwirkungsgrad durch thermische Verluste eingeschränkt

Wenn die Temperatur des Absorbers genauso hoch wie die Umgebungstemperatur ist, gibt es keine thermischen Verluste und der Kollektorwirkungsgrad entspricht genau dem optischen Wirkungsgrad des Solarkollektors. Das ist aber in den meisten Fällen nicht der Fall. Insbesondere im Winter gibt es große Unterschiede. Dann wird der Kollektorwirkungsgrad verringert durch

  • Wärme wird in die Umgebung abgestrahlt
  • eine Konvektion, d. h. ein Wärmeaustausch mit der Luft findet statt
  • Wärme wird auf feste Körper übertragen, z. B. auf den Rahmen des Kollektors

Es lässt sich feststellen, dass bei einer zunehmenden Temperaturdifferenz zwischen Umgebung und Absorber der Vakuum-Röhrenkollektor Vorteile gegenüber dem Flachkollektor einen höheren Kollektorwirkungsgrad hat.

Der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur des Absorbers und der Außentemperatur wird mit Delta T (ΔT) in Kelvin angegeben. Andere Wärmeverluste werden durch die Wärmeverlustbeiwerte k1 und k2 angegeben.

Kollektorwirkungsgrad berechnen

Den Wirkungsgrad eines Solarkollektors errechnet sich mit der Formel:

η = η0 – (k1 · ΔT : Eg) – (k2 · ΔT² : Eg)

η = Kollektorwirkungsgrad

η0 = optischer Wirkungsgrad

k1, k2 = Wärmeverlustbeiwerte in W/(m2· K)

ΔT Temperaturdifferenz in K

Eg Bestrahlungsstärke in W/m2

Detaillierte Informationen zum Wirkungsgrad eines Solarkollektors erhalten Sie bei Ihrem Solarthermie Fachbetrieb.


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Erfahrungen & Fragen zum Thema Solarthermie

Bei Neubau: Gas-Brennwertheizung vs. Luftwärmepumpe?

Wir planen ein Fertighaus - und haben hier die Wahl seitens des Bauträgers zwischen einer Gas-Brennwert Heizung und einer Luft-Wärmepumpe (eine Erdwärmepumpe steht nicht zur Verfügung). Der Gasanschluss kostet ungefähr 400 Euro. Bei den Luftwärmepumpen sind die Mehrkosten etwa 10.000 Euro im Vergleich zur Gasheizung. Angeboten wird hier eine Nibe F2040 oder einer Nibe F2120. Was macht hier am meisten Sinn, um zukünftig auf der sicheren Seite zu sein? Mein Kopf sagt, dass sich der Mehrpreis für eine Luftwärmepumpe beim aktuellen Gaspreis nicht lohnt. Zudem kann man für den Mehrpreis ja auch eine Solarthermie oder Photovoltaikanlage installieren (oder zumindest teilweise auch schon vorbereiten). Allerdings hat meine Frau auch widerrum Vorbehalte gegen die Sicherheit einer Gasheizung (wegen Gasaustritt) - wobei ich nicht weiß, ob das bei neuen / aktuellen Gasheizungen noch ein Thema ist. Was würden Sie hier empfehlen?
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Temperatur in Kollektoren über 200 Grad - was kann man tun?

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