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

k 2 geben die Güte an, mit der der Kollektor gegen Wärmeverlust geschützt ist. Hohe Werte
zeigen einen hohen Wärmeverlust, niedrige Werte einen geringen Wärmeverlust an. Bei
Flachkollektoren liegen die Werte für k 1 etwa im Bereich von 2,5 bis 4,5 W/(m 2 ∙K) und die
für k 2 von 0,008 bis 0,023 W/(m 2 ∙K 2 ).
Die thermischen Verluste entstehen durch diverse Mechanismen, die in der Literatur /10/
ausführlich beschrieben sind. Sie sind zum Teil von der Temperaturdifferenz zwischen
Kollektor und Umgebung linear abhängig (k 1 ), zum Teil aber auch höher exponiert (z.B.
Abstrahlung). Die letztgenannten Anteile werden durch k 2 in Verbindung mit dem Quadrat
der Übertemperatur annähernd beschrieben.
Kollektorwirkungsgrad [%]
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20
normierte Temperaturdifferenz (/E) [K/W/m2]
Abb. 2.1: Normierte Kollektorkennlinie
7
Die Abhängigkeit des Kollektorwirkungsgrades
η von der mittleren
Kollektortemperatur m , der
Umgebungslufttemperatur L und
der Einstrahlung E e kann in einem
Diagramm wiedergegeben werden
(Abb. 2.1). Auf der Ordinate kann
der Wirkungsgrad abgelesen
werden, auf der Abszisse die
Übertemperatur Δ des Kollektors
gegenüber der Umgebung
bezogen auf die Strahlung E e . Der
Konversionsfaktor η 0 liegt im
Schnittpunkt der Kollektorkennlinie mit der Ordinate. Ohne Übertemperatur (Δ= m - L =0)
ist der Kollektorwirkungsgrad η gleich dem Konversionsfaktor η 0 , es treten nur optische
Verluste auf. Mit steigender Übertemperatur wachsen die Wärmeverluste. Die Steigung der
Kollektorkennlinie hängt im Wesentlichen vom linearen Verlustkoeffizienten k 1 ab. Für
kleine k 1 -Werte hat die Kennlinie nur eine geringe (negative) Steigung, d.h. der Kollektor
hat auch bei höheren Übertemperaturen nur mäßige Verluste. Für große k 1 -Werte verläuft
die Kennlinie steiler, die Verluste nehmen bei steigender Übertemperatur schneller zu, der
Wirkungsgrad sinkt rascher ab. Der Faktor k 2 bestimmt die Durchbiegung (Abweichung von
einer Geraden) der Kennlinie. Er wirkt sich vor allem bei hohen Übertemperaturen (Multiplikation
mit Δ 2 ) aus, auch wenn der Wert im Vergleich zu k 1 relativ klein ist. Je besser
der Kollektor für hohe Temperaturen geeignet ist, um so geringer sind sowohl die Steigung
als auch die Durchbiegung seiner Kennlinie.
Trägt man auf der x-Achse (Abszisse) die Temperaturdifferenz ohne den Bezug auf die
Einstrahlung auf, so erhält man für unterschiedliche Einstrahlungen jeweils eine neue Kurve.
Mit zunehmenden Einstrahlungen bleibt der Schnittpunkt der Kennlinie mit der Ordinate
(η 0 ) fest, der Schnittpunkt mit der Abszisse (Maximal-Temperaturdifferenz bei der betrachteten
Einstrahlung) wandert aber nach rechts zu höheren Werten hin. Mit steigender Einstrahlung
dreht bei dieser Form der Darstellung die Kennlinie also um den Punkt 0
(Schnittpunkt mit der Y-Achse) nach oben, bei geringeren Einstrahlungen nach unten. Der
Wirkungsgrad steigt bei gleichbleibender Temperaturdifferenz also mit der Einstrahlung.