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Optische Verluste

Ein Solarkollektor wandelt nicht den gesamten Teil des einfallenden Lichts in Wärme um. An der Kollektorabdeckung treten optische Verluste durch Reflexion, Absorption und Streuung auf. Auch der Absorber reflektiert einen geringen Anteil des einfallenden Lichts.

Reflexion als Hauptursache

Hochwertige Solargläser weisen nur geringe Verluste durch Absorption und Streuung innerhalb des Glases auf. Verluste von etwa zwei bis drei Prozent sind typisch. Deutlich höhere Verluste entstehen durch Reflexion an beiden Oberflächen der Kollektorabdeckung, können aber durch entsprechende Beschichtungen verringert werden. Antireflex-Beschichtungen sind seit Langem bekannt, Brillen und einige Scheiben sind mit solchen Beschichtungen versehen. Diese wurden jedoch ausschließlich für den sichtbaren Bereich des Spektrums optimiert, Solarkollektoren nutzen aber auch die langwellige Strahlung. Die langwellige Grenze des sichtbaren Bereichs liegt bei etwa 780 Nanometern, Solarkollektoren nutzen das Spektrum bis etwa 2.500 Nanometer. Für weite Teile des Spektrums sind herkömmliche Beschichtungen also unwirksam, auch hochwertige Gläser erreichen daher kaum Reflexionsverluste von weniger als acht Prozent. Zusammen mit den Absorptionsverlusten gehen also rund zehn Prozent der eingestrahlten Energie an der Glasabdeckung verloren. Neuere Beschichtungen, die speziell für Solarglas entwickelt wurden, können die Reflexionsverluste etwa halbieren. Das tun sie auch bei schrägem Einfall der Strahlung. Bei einem flachen Einfallswinkel von 20 Grad weisen unbeschichtete Gläser typischerweise Reflexionsverluste von 30 Prozent auf, sehr gute Spezialbeschichtungen reduzieren diese optischen Verluste auf 15 Prozent. Auch die Reflexionsverluste des Absorbers konnten in den letzten Jahren deutlich minimiert werden. Im gesamten energetisch genutzten Spektrum weisen sehr gute selektive Beschichtungen Reflexionsverluste von nicht mehr als drei Prozent auf.

Optische Verluste sind in der Praxis oft höher

Schäden in der Kollektorabdeckung führen unweigerlich zu zusätzlichen Verlusten. Risse in der Oberfläche steigern die Streuverluste, jede Verschmutzung der Oberfläche führt zu zusätzlichen Absorptionsverlusten. Auch Kondenswasser an der Innenseite der Kollektorabdeckung erhöht die Absorptionsverluste. Kleinflächige Verschmutzungen oder Schäden an der Abdeckung wirken sich allerdings weniger stark aus als bei Photovoltaik Modulen. Ist ein kleiner Bereich der Kollektorabdeckung optisch weitgehend undurchlässig, entspricht der prozentuale Leistungsverlust dem Anteil der beschädigten Fläche an der Gesamtfläche. Bei einer Photovoltaik Anlage verursacht ein kleiner verschatteter Bereich deutlich höhere Verluste.

Optische Verluste sind temperaturunabhängig

Thermische Verluste nehmen mit der Temperatur zu, optische Verluste nicht. Das erlaubt eine erste Fehleranalyse, wenn die Leistung der Solarthermie Anlage nachlässt. Erhöhte optische Verluste bewirken einen gleichmäßigen Leistungsabfall bei allen Wetterbedingungen, während erhöhte thermische Verluste sich bei hohen Einstrahlungen deutlich überproportional bemerkbar machen.

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