Begriffe von A – Z Solarsysteme

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Begriffe von A – Z Solarsysteme

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Absorber

Der Absorber ist der Teil des Sonnenkollektors, der die einfallende Solarstrahlung absorbiert, sie in thermische Energie umwandelt und der Solarflüssigkeit zuführt. Damit dieser Umwandlungsprozess optimal verläuft, ist der Absorber selektiv beschichtet (hohe Absorption, geringe Emission) und mit einem Rohrsystem versehen (Abtransport der Wärme), das von der Solarflüssigkeit (Tyfocor LS) durchflossen wird.

Absorptionsgrad α

Der Absorptionsgrad α gibt den Anteil der auf eine Absorberfläche treffenden Strahlung an, der in Wärme umgewandelt wird.

Anlagennutzungsgrad

Der Anlagennutzungsgrad ist der Anlagenwirkungsgrad, d. h. das Verhältnis der von der Solarflüssigkeit in den Speicher eingetragenen Wärme zu der auf die Kollektorfläche eingestrahlten Sonnenenergie, gemittelt über einen bestimmten Zeitraum (z. B. ein Jahr).

Aperturfläche

Sie ist bei Flachkollektoren die Fläche der Kollektorabdeckung, durch die Sonnenstrahlen in das Innere des Kollektorgehäuses eintreten können (Lichteintrittsfläche). Bei Röhrenkollektoren ist die Aperturfläche das Produkt aus Länge und Innendurchmesser des Glasrohres und der Anzahl der Röhren.

(Membran-) Ausdehnungsgefäß (MAG)

Zu den Sicherheitseinrichtungen einer solaren Warmwasserbereitungsanlage zählt das Ausdehnungsgefäß, ein geschlossener Behälter mit einem durch eine Membran abgetrennten Stickstoffpolster. Es nimmt die beim Aufheizen auftretende Volumenausdehnung der Solarflüssigkeit sowie im Stillstandsfall den Flüssigkeitsinhalt
des Kollektorfeldes auf.

Azimut α

Der Azimut gibt die Winkelabweichung der Senkrechten einer Kollektorfläche zur Südrichtung an. In der Solartechnik ist der Azimutwinkel definitionsgemäß für Süden α = 0 °, die Abweichung nach Westen wird positiv, nach Osten negativ gerechnet.

Bestrahlungsstärke

Bezeichnet den auf die Fläche bezogenen Strahlungsfluss. Einheit ist W/m2.

Bruttowärmeertrag QBWE

Der Bruttowärmeertrag QBWE eines Solarkollektors in kWh/(m2 · a) entspricht der Wärmeabgabe am Kollektorvorlauf bzw. am Eingang des Speichers, wobei die Leitungsverluste mit eingerechnet werden.
Bruttowärmeerträge verschiedener Sonnenkollektoren sind nur dann vergleichbar, wenn gleiche Temperaturverhältnisse (mittlere Absorbertemperatur und Umgebungstemperatur) und gleiche Einstrahlungsbedingungen herrschen. Außerdem ist anzugeben, ob er sich auf die Absorber-, Apertur- oder Bruttofläche des Kollektors bezieht.

Bypass

Bei langen Rohrleitungen im Solarkreis empfiehlt sich der Einbau einer Kurzschlussstrecke zur Umgehung des Wärmetauschers. Im Kurzschlussbetrieb wird das Medium zunächst im Kollektorkreis erwärmt und der Weg zum Wämetauscher über ein motorbetriebenes Dreiwegeventil erst dann freigegeben, wenn die Solarflüssigkeit kurz vor dem Wärmetauscher eine höhere Temperatur als der Speicher hat.

Diffusstrahlung

An Wolken und Dunstteilchen gestreuter Strahlungsanteil der→Globalstrahlung, auch Himmelsstrahlung genannt. Der Anteil der Diffus- an der Globalstrahlung beträgt in Deutschland im Mittel 50 %.

Eigensicherheit

Solaranlagen sind „eigensicher“ auszuführen: Anhaltende Wärmeaufnahme ohne Wärmeaufnahme, ohne Wärmeverbrauch darf nicht zu einem Störfall führen, dessen Behebung über den üblichen Bedienungsaufwand
hinausgeht. Ein erheblicher Aufwand liegt z. B. dann vor, wenn aus dem Sicherheitsventil Solarflüssigkeit abgeblasen wird und der Solarkreis vor erneuter Inbetriebnahme zuerst wieder aufgefüllt werden muss. Eigensicherheit kann durch eine geeignete Dimensionierung aller Sicherheitseinrichtungen im Solarkreis erreicht werden.

Emissionsgrad ε

Er gibt an, wie viel von der auf den Absorber eingestrahlten Sonnenenergie (Wellenlänge 0,3 – 3,0 μm) in Form von In frarotstrahlung (Wellenlänge 3,0 – 30 μm) wieder abgestrahlt wird. Ein Emissions – grad von ε = 0,12 besagt, dass 12 % der in Wärme umgewandelten Sonnenenergie wieder abgestrahlt werden.

Energie

Ist die Fähigkeit eines materiellen Zustands, eine äußere Wirkung hervorzu rufen, die in verschiedenen Formen auf treten kann: Als elektrische Energie, mechanische Arbeit oder Wärmeenergie. Energie wird in unterschiedlichen Ein heiten angegeben, z. B. als Wattstunde (Wh), Kilowattstunde (kWh) oder Joule (J).
Ein Joule ist eine Wattsekunde (Ws). 1 kWh = 1.000 Wh = 3.600.000 J.

Entlüfter

Luft im Solarkreis sammelt sich an den höchstgelegenen Stellen und unterbricht möglicherweise den Flüssigkeitsumlauf. Zur Entlüftung werden an den kritischen Stellen (Hochpunkte) des Solarkreises Entlüftungsventile installiert. Es gibt Handund Automatikentlüfter. Entlüfter müssen glykol-, korrosions- und temperatur beständig bis 150 °C sein.

Getter

Zur Aufrechterhaltung des Vakuums werden sogenannte Getter in die Vakuumröhren integriert. Dabei kann es sich entweder um eine auf das Glas aufgedampfte Bariumsulfitschicht handeln oder es sind am Absorber befestigte Kupferkissen, gefüllt mit einem speziellen Granulat. In beiden Fällen wird hierdurch erreicht, dass
Gasmoleküle absorbiert werden und das Vakuum auf lange Zeit stabil bleibt. Im Falle der Bariumsulfit-Getter wird dieser Prozess sichtbar durch eine Veränderung der Schicht (die spiegelnde Oberfläche wird pulverig-weiß).

Globalstrahlung G

Die Lufthülle verringert die Strahlungsleitung der Sonne durch Absorption und Streuung (= Extinktion). Die Sonnenstrahlen erfahren dadurch eine Richtungsablenkung und erreichen als diffuse Strahlung die Erdoberfläche. Ist die Sonne nicht durch Wolken bedeckt, können Sonnenstrahlen auf direktem Weg auf treffen.
Als Globalstrahlung bezeichnet man die gesamte auf eine horizontale Fläche auftreffen de Strahlung. Sie setzt sich also aus der direkten und der diffusen Strahlung zusammen. Bei klarem Himmel besteht die Globalstrahlung fast nur aus direkter, bei bewölktem Himmel aus-schließlich aus diffuser Strahlung. Die diffuse Strahlung beträgt im Jahresmittel zwischen 50 und 60 % der Globalstrah lung. Sie kann ebenfalls wärmetechnisch genutzt werden.

Heatpipe

Zur Aufrechterhaltung des Vakuums werden sogenannte Getter in die Vakuumröhren integriert. Dabei kann es sich entweder um eine auf das Glas aufgedampfte Bariumsulfitschicht handeln oder es sind am Absorber befestigte Kupferkissen, gefülIst eine Vakuumröhre, bei der die Wärme des Absorbers über ein geschlossenes
Rohr aus der Glasröhre herausgeführt und über eine nasse oder trockene Anbindung an das Wärmeträgermedium abgegeben wird. Die Wärmeübertragung erfolgt über das Verdampfen (durch Unterdruck bereites ab 25 °C) und anschließende Kon densierung (durch Kontakt mit der kühlen Wärmeträgerflüssigkeit) des in den Rohr enthaltenen Wassers.lt mit einem speziellen Granulat. In beiden Fällen wird hierdurch erreicht, dass Gasmoleküle absorbiert werden und das Vakuum auf lange Zeit stabil bleibt. Im Falle der Bariumsulfit-Getter wird dieser Prozess sichtbar durch eine Veränderung der Schicht (die spiegelnde Oberfläche wird pulverig-weiß).

Hysterese

Ist der Unterschied zwischen der Einschalt- und Ausschalttemperaturdifferenz in einer Regeleinheit, z. B. dem Temperaturdifferenzregler.

Inhibitor

Werden im Solarkreis unterschiedliche metallische Werkstoffe eingesetzt, so besteht die Gefahr der elektrochemischen Korrosion. Sie lässt sich durch Zusatz geeigneter Korrosionsschutzmittel (Inhibitoren) zur Solarflüssigkeit beheben. In geschlossenen Anlagen, deren Solar flüssigkeit Inhibitoren enthalten, dürfen alle zugelassenen metallischen Werkstoffe in jeder Kombination eingesetzt werden. Über die Eignung der Inhibitoren muss ein Nachweis vorliegen, der Angaben über die Wirkungsdauer enthält.

Kollektor

Die einfachste Form des Kollektors ist der Schwimmbadabsorber. Um die Wärmeverluste bei höheren Arbeitstemperaturen des Wärmeträgermediums im Absorber so gering wie möglich zu halten, sind die
Absorber zur Warmwasserbereitung in ein Gehäuse oder in eine evakuierte Glasröhre
eingebettet, mit hochlichtdurchlässigem Glas abgedeckt und rundherum wärmegedämmt. Bei einem verglasten Kollektor wird zwischen der Absorber fläche, der Aperturfläche und der Bruttofläche unterschieden.

Kollektorwirkungsgrad η

Der Kollektorwirkungsgrad gibt den Anteil der auf die Ab sorberfläche auftreffenden Strahlung an, der in nutzbare Wärmeumgewandelt wird. Er ist abhängig vom Temperatur unterschied zwischen Absorber
und Umgebung sowie von der Stärke der Globalstrahlung. Stellt man den Kollektorwirkungsgrad
in einem Diagramm über den Temperaturunterschied zwischen Absorber und Umgebung dar, so ergeben sich in Abhängigkeit von der Bestrahlungsstärke die Kollektorkennlinien eines bestimmten Kollektors.

Kompensator

Zwischenstück aus wellenförmigem Rohr. Der Kompensator soll die temperaturbedingten Längenänderungen ausgleichen, um Risse und Leckagen im Solarkreis zu vermeiden.

Leistung

Ist die in einer bestimmten Zeit verbrauchte oder zur Verfügung gestellte Energie. Ihre Einheit ist Watt (W), Kilowatt (kW) oder Kilokalorie pro Stunde (kcal/h). 1 kW = 1.000 W = 1.000J/s = 860 kcal/h Beispiel zur Errechnung der Leistung: Wenn ein Heizkessel im Laufe eines Jahres in 1.500 Betriebs stunden Wärme bereitstellt und dabei 30.000 kWh erzeugt, wird er mit einer mittleren Leistung von 20 kW betrieben.

Low-Flow-Betrieb

Bedeutet stark verringerter Durchfluss im Kollektorkreis (Volumenstrom 10 –15 l/(m2 · h)) mit stärkerer Erwärmung des Wärmeträgermediums als im Normal durchfluss.
Vorteile:
– höhere Kollektorvorlauftemperatur, dadurch schnellere Verfügbarkeit von heißem Wasser
– geringere Rohrleitungsquerschnitte
– geringere Pumpleistung

Optischer Wirkungsgrad ηο (Konversionsfaktor)

Er gibt an, welcher Anteil der auf den Kollektor treffenden Strahlung vom Absorber in Wärme umgewandelt werden kann. Er ist das Produkt aus dem Transmissionsgrad der Glasabdeckung und dem Absorptionsgrad
der Absorberfläche: ηο = τ · α
Der optische Wirkungsgrad entspricht genau dann dem Kollektorwirkungsgrad, wenn die Temperatur des Absorbers gleich der Temperatur der Umgebungsluft ist und damit keine thermischen Verluste auftreten.

pH-Wert (lat. Pondus hydrogenii, Gewicht des Wasserstoffs)

Der pH-Wert gibt allgemein die Konzentration der Wasserstoffionen in einer Flüssigkeit an, er ist ein Maß für den sauren oder basischen Charakter:
pH-Wert < 7 sauer reagierende Lösung
pH-Wert = 7 neutrale Lösung
pH-Wert > 7 basisch reagierende Lösung
Der pH-Wert einer Solarflüssigkeit sollte nicht unterhalb von 7 absinken.

Rückflussverhinderer

Rückflussverhinderer werden in Rohrleitungssystemen eingesetzt, wenn eine Umkehr der Strömungsrichtung unter be stimmten Betriebsbedingungen vorkommen kann und nicht erwünscht ist. Es gibt Rückschlagklappen, Rückschlagventile und Schwerkraftbremsen. In Solaranlagen wird auf diese Weise verhindert, dass sich der Speicher bei aus geschalteter Umwälzpumpe durch freie Konvektion der Solarflüssigkeit über die Kollektoren
entlädt. In die Kaltwasserleitung wird ein Rückflussverhinderer eingebaut, damit erwärmtes Wasser nicht infolge der Wärmedehnung aus dem Speicher in die Kaltwasserleitung zurück gedrückt werden kann.

Selektivbeschichtung

An der Oberfläche jedes Körpers steigt die Wärmeabstrahlung mit Zunahme seiner Temperatur stark an. Um die Strahlungsverluste durch Abstrahlung (= Emission) der langwelligen Wärmestrahlung zu reduzieren, werden Absorber in speziellen Verfahren selektiv beschichtet. Diese hat gegenüber normalen Schwarzlacken
eine andere Schichtstruktur, die die Umwandlung von kurzwelliger in langwellige Wärmestrahlung optimiert und ihre Abstrahlung so gering wie möglich hält.

Solarer Nutzungsgrad SN

Er gibt an, wie viel Prozent der auf dem Kollektor über einen bestimmten Zeitraum eingestrahlten Sonnenenergie in nutzbare Wärme umgewandelt worden ist.

Solarer Deckungsanteil SD

Der solare Deckungsanteil (auch solare Deckungsrate genannt) gibt an, wie viel Prozent der zur Trinkwarmwasserbereitung aufgewendeten Energie durch die Solaranlage im Jahresmittel gedeckt werden kann. Er entspricht dem Verhältnis des jährlichen solaren Energieertrags zum Gesamtenergiebedarf für die Trinkwassererwärmung und die Deckung der Solarspeicherverluste sowie gegebenenfalls der Verluste eines Zirkulationssystems.

Solarkonstante S

Die Solarkonstante gibt die Bestrahlungsstärke am Oberrand der Atmosphäre (AM= 0) an. Sie beträgt im Mittel 1.367 W/m2 (Schwankungen werden durch unterschiedliche Entfernungen Erde-Sonne und Variationen in der Sonnen aktivität hervorgerufen).

Sonnenscheindauer

Anzahl der Stunden direkter Sonnen einstrahlung im Laufe eines Jahres. Als Planungsgröße von Solaranlagen ist anstelle der Sonnenscheindauer die Jahressumme der →Globalstrahlung zu wählen.

Sonnenstandsdiagramm

Grafische Darstellung der Tagesverläufe des Sonnenstandes für einen Standort und ausgewählte Tage eines Jahres. Das Sonnenstandsdiagramm wird üblicherweise für den 21. des jeweiligen Monats angegeben.

Stagnationstemperatur (Stillstandstemperatur)

Wenn der Solarkreis keine Energie aus dem Kollektor abführt, erwärmt sich der Absorber bei hoher Sonneneinstrahlung sehr stark. Sind die damit verbundenen Wärmeverluste an die Umgebung ebenso
groß wie die solaren Gewinne, erreicht der Absorber seine Maximaltemperatur. Da dieser Betriebszustand insbesondere dann eintritt, wenn die Umwälzpumpe nicht in Betrieb ist, spricht man von Stillstandstemperatur. Die Höhe der Stillstandstemperatur ist auch von der Höhe der Sonneneinstrahlung abhängig.

Systemnutzungsgrad

Er ist der Systemwirkungsgrad, gemittelt über einen be stimmten Zeitraum (z. B. ein Jahr).

Systemwirkungsgrad

Er beschreibt den Wirkungsgrad des gesamten Solarsystems (bestehend aus Kollektor, Rohrleitung, Wärmetauscher und Speicher). Es gibt an, wie viel von der auf den Kollektor eingestrahlten Sonnenenergie
als Wärme genutzt werden kann. Überdimensionierte Anlagen haben zwar einen hohen solaren Deckungsgrad,
durch die nicht nutzbaren Wärmeüberschüsse im Sommer jedoch einen niedrigen Systemwirkungsgrad.

Thermosiphon-Prinzip

(griech. thermos, warm; siphon, Röhre)
Aus dem Dichteunterschied zwischen wärmerem und kälterem Wasser erfährt das leichtere warme Wasser einen Auftrieb und steigt nach oben. Dieser Effekt wird von guten Solarspeichern durch Einbauten unterstützt, um schon nach kurzer Betriebszeit der Solaranlage ausreichend erwärmtes Trinkwasser im oberen Speicherbereich zu erhalten. In Schwer kraftanlagen wird die Umwälzung im Solarkreis allein durch diesen Effekt an getrieben.

Thermostatisches Mischventil

Wegen der hohen Maximaltemperatur des Speichers ist zum Schutz gegen Verbrühung an der Zapfstelle ein Mischventil erforderlich. Es wird zwischen Kaltwasserzuleitung und Warmwasserentnahmeleitung
installiert. Durch thermostatisch geregeltes Zumischen von Kaltwasser wird die Maximaltemperatur des gezapften Wassers auf einen einstellbaren Wert begrenzt.

Tichelmann-Schaltung

Ein Kollektorfeld kann nur dann mit maximaler Leistung arbeiten, wenn das Wärmeträgermedium die gesamte Absorberfläche gleichmäßig kühlt. Daher ist beim Zusammenschluss der Kollektoren darauf zu achten, dass keine Bereiche entstehen, die nicht oder nicht ausreichend von dem Wärmeträgermedium durchströmt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass alle Strömungswege durch das Kollektorfeld den gleichen Strömungswiderstand aufweisen, also gleiche Länge und gleiche Querschnitte besitzen. Bei der Kollektoranordnung nach dem Tichelmann-System ist diese Forderung erfüllt.

Transmissionsgrad τ

Durch Reflexion an der Glasabdeckung und Absorption beim Durchgang durch das Glasmaterial erreicht ein Teil der einfallenden Strahlung nicht den darunter liegenden Absorber. Der Transmissionsgrad τ beschreibt die Durchlässigkeit der Glasscheibe.

Überhitzungsschutz

Wenn während einer länger anhaltenden Schönwetterperiode keine Energie aus dem Solarspeicher entnommen wird, kann die Speichertemperatur auf den maximal zulässigen Wert steigen. In diesem Fall muss die Solarkreis-Umwälzpumpe abgeschaltet werden. In der Folge steigt die Absorbertemperatur bis zur Stillstandstemperatur
und ein Teil der Solarflüssigkeit verdampft. Um diesen nicht erwünschten Betriebszustand nach Möglichkeit
zu vermeiden, ist es empfehlenswert, durch einen zusätzlichen Überhitzungsschutz dafür zu sorgen, dass der Solarspeicher in solchen Fällen die Maximaltemperatur garnicht erst erreicht. Zum Beispiel lässt sich überschüssige Wärme in kritischen Betriebsphasen über den Nachheizkreis an das Heizsystem abgeben.

Viskosität

Ist ein Maß für die Zähflüssigkeit und hängt stark von der Temperatur ab. Die Viskosität der Solarflüssigkeit ist darüber hinaus abhängig von der Konzentration des Frostschutzmittels.

Winkelkorrekturfaktor (IAM)

(engl. Incident Angle Modifier)
Verhältnis des →optischen Wirkungsgrades bei aktuellem Einfallswinkel zu dem bei senkrechtem Strahlungseinfall.

Wirkungsgrad η

Bei jeder Energieumwandlung (so z. B. im Kollektor die Energieumwandlung von Sonnenstrahlung in Wärme) treten Verluste (z. B. Wärmeabstrahlung) auf. Der Wirkungsgrad η bezeichnet das Verhältnis von Nutzenergie (Wärme) zu eingesetzter Energie (Sonnenstrahlung). Je geringer der Wirkungsgrad ist, desto höher sind
die Verluste. Besitzt ein Kollektor einen Wirkungsgrad von η = 0,6 bedeutet dies, dass von der eingestrahlten Sonnenenergie 60 % in nutzbare Wärme umgewandelt werden. 40 % gehen in Form von optischen und thermischen Verlusten verloren.

Zirkulationsleitung

Zur Erhöhung des Komforts ist oft, insbesondere bei langen Trinkwasserleitungen, ein Zirkulationssystem installiert, das durch eine Zirkulationspumpe Warmwasser an den Zapfstellen vorbei in den Speicher
führt. Dadurch steht an den Zapfstellen im Bedarfsfall sofort warmes Wasser zur Verfügung. Eine Zirkulation kann erhebliche Wärmeverluste verursachen. Entscheidend hierfür ist die Laufzeit der Zirkulationspumpe und die Qualität der Wärmedämmung der Leitungen. Zur Reduzierung der Zirkulationsverluste können Druckschalter, impulsgesteuerte oder zeitgesteuerte Pumpen eingebaut werden.