Vakuumröhrenkollektoren

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Das Umwandeln von Sonnenlicht in Wärme am Absorber ist im Flachkollektor und im Vakuumröhrenkollektor (VR-Kollektor) grundsätzlich gleich. Bei Röhrenkollektoren ist aber der selektiv beschichtete Absorber in einer evakuierten (luftleeren) Glasröhre angeordnet. Das Vakuum verhindert wie bei einer Thermoskanne Wärmeverluste. Trotz der hohen Absorbertemperaturen bleibt das Glasrohr außen kalt. Wegen der geringen Wärmeverluste bei hohen Temperaturen und -differenzen sind VR-Kollektoren besonders für den Einsatz zur Gebäudeheizung oder zur solaren Klimatisierung bzw. Kälteerzeugung geeignet.
 
Grundsätzlicher Aufbau
Der Kollektor besteht aus mehreren nebeneinander angeordneten Glasröhren (5 - 30 Stück), die auf einen Rahmen montiert sind. Die Röhren werden aus Borsilikatglas mit Wandstärken von 1,5 bis 3 mm gefertigt. Gegenüber dem Solarglas für Flachkollektoren besitzt dieses Glas eine höhere mechanische und thermische Stabilität. Der Absorber im Inneren der Glasröhre kann entweder als flacher oder gewölbter selektiv beschichteter Blechstreifen mit Flüssigkeitskanal oder als eine innenliegende Beschichtung im Glaskolben ausgeführt sein. Die Vor- und Rücklaufleitungen befinden sich an einem Sammelkasten. Hinsichtlich ihrer Bauform unterscheidet man zwischen direkt und indirekt durchströmten Vakuumröhren.
 
Direkt durchströmte Vakuumröhren
Direkt durchströmte Vakuumröhren eignen sich besonders gut für die lageunabhängige Montage. Sie werden in drei Varianten angeboten:

  • In evakuierter Glasröhre liegender Absorberstreifen
    In einer evakuierten Glasröhre befindet sich ein beschichtetes Absorberblech. Unter diesem Blech ist ein konzentrisches Kupferrohr (Rohr-in-Rohr) befestigt. Durch das innere Rohr strömt der Wärmeträger und nimmt die Wärme im Absorber auf. Durch das äußere Rohr strömt er aus.

  • Sydney-Kollektor mit außen liegendem Reflektor (CPC)
    Die Kollektorrröhre besteht aus einem vakuumdichten Doppelrohr. Der Absorber ist im inneren Glaskolben aufgedampft. Im evakuierten Doppelrohr befindet sich ein Wärmeleitblech in Verbindung mit einem U-Rohr. Für eine bessere Effizienz ist hinter den Röhren ein Reflektor aus eloxiertem Aluminium angebracht. Er spiegelt das zwischen den Röhren durchfallende Licht auf die Rückseite der Röhren. Die Reflektoren haben eine parabolische Form, weshalb die Kollektoren auch CPC-Kollektoren (Compound Parabolic Concentrator) genannt werden. Sydney-Röhren werden überwiegend in China hergestellt und dominieren den deutschen Markt.

  • Glas-in-Glas-Rohr mit innenliegendem Reflektor (CPC)
    Die Vakuumröhre besteht aus drei ineinander geschobenen Glasröhren: dem Hüllrohr, dem selektiv beschichteten Absorberrohr und dem innersten Rohr. Das Wärmeträgermedium durchströmt das Absorberrohr im Gegenstrom. Das innerste Rohr bildet den (Rücklauf), das Absorberrohr den Vorlauf. Der Reflektor befindet sich hier im Glasrohr.
Indirekte durchströmte Vakuumröhren nach dem Heat-Pipe-Prinzip
Bei der Heat-Pipe-Vakuumröhre (Heatpipes) ist das Wärmeträgerrohr auf der Rückseite des flachen Absorberblechs (Fahnenabsorber) befestigt. Es ist mit einem Wärmeträger im Unterdruck gefüllt und in sich geschlossen. Bei Kollektorerwärmung ab ca. 25°C verdampft die Flüssigkeit. Der Dampf steigt im Wärmerohr nach oben, kondensiert, und gibt so die Wärme an den Wärmeträger im Kollektorkreis ab. Das Kondensat fließt nach unten ins Rohr zurück und kann dort erneut von der Sonne erwärmt werden. Voraussetzung für diesen Prozess war bisher eine Mindestneigung der Röhren von mindestens 25°. Mittlerweile gibt es aber auch Heatpipe-Kollektoren, die horizontal montiert werden können. Heat-Pipe-Vakuumröhren gibt es auch in der Ausstattung mit CPC-Reflektoren.