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Optischer Wirkungsgrad

Der optische Wirkungsgrad gibt den maximalen Wirkungsgrad des Kollektors an. Er gibt also an, wie viel der einfallenden Strahlungsleistung in Wärme umgewandelt wird. Typische Kollektoren weisen einen optischen Wirkungsgrad von rund 85 Prozent auf. Der optische Wirkungsgrad entspricht dem Gesamtwirkungsgrad des Kollektors, wenn dessen Temperatur gleich der Temperatur der Umgebung ist. Ist der Kollektor wärmer, wird sein Wirkungsgrad zusätzlich durch Wärmeverluste reduziert. Diese nehmen mit der Temperatur des Kollektors zu, weswegen auch sein Wirkungsgrad temperaturabhängig ist. Rund 80 Prozent sind ein typischer Wert. Der Wirkungsgrad der gesamten Anlage ist deutlich niedriger und liegt meist zwischen 50 und 60 Prozent.

Nicht jede Steigerung lohnt sich

Für einen Solarkollektor besitzt die Angabe des Wirkungsgrads deutlich weniger Aussagekraft als für eine klassische Heizung. Ist der Wirkungsgrad eines Kollektors niedriger, kann dies durch eine größere Kollektorfläche kompensiert werden. Anders als bei einer Gas- oder Ölheizung entstehen keine höheren laufenden Kosten durch einen erhöhten Brennstoffverbrauch. Daher rechnen sich allzu hohe Investitionen in einen höheren optischen Wirkungsgrad nicht immer. Die besten Kollektoren erzielen heute Wirkungsgrade von 90 Prozent. Diese Werte werden von Vakuum-Röhrenkollektoren erreicht, die darüber hinaus über besonders hochwertige Beschichtungen der Absorber und der Kollektorabdeckung verfügen. Weitere Fortschritte sind nur mit großem Aufwand erreichbar, führen aber nur noch zu einem minimal geringeren Flächenbedarf.

Limitierende Faktoren

Ein optischer Wirkungsgrad von 100 Prozent ist nicht erreichbar. Jedes Medium absorbiert einen Teil der Strahlung, auch Streuverluste können nicht vollständig vermieden werden. Solche Verluste liegen bei hochwertigen Abdeckungen bei etwa zwei bis drei Prozent. Auch hier gilt, dass weitere Fortschritte nur unter großem Aufwand erreicht werden können, aber nur noch minimale Auswirkungen auf den Ertrag haben. Auch Reflexionen am Solarglas und am Absorber können nicht vollständig unterbunden werden. Bei nahezu senkrechtem Lichteinfall sind heute bereits Reflexionsverluste von weniger als fünf Prozent erreichbar, typisch sind etwa acht Prozent.

Vorsicht Falle!

Zu beachten ist unbedingt, dass der optische Wirkungsgrad sich immer auf die tatsächlich einfallende Strahlungsleistung bezieht, nicht auf die optimale. Hochwertige Kollektorabdeckungen erzielen durch eine Verminderung der Reflexionen beispielsweise selbst bei einem flachen Lichteinfall unter einem Winkel von 20 Grad noch einen optischen Wirkungsgrad von etwa 85 Prozent. Verglichen mit dem optischen Wirkungsgrad von 95 Prozent, den diese High-End-Kollektoren bei senkrechtem Einfall erreichen, ist der Abfall relativ gering. Das bedeutet aber nicht, dass der Ertragsverlust ähnlich gering ist. Die Einstrahlung ist unter diesem Winkel deutlich geringer, der Wirkungsgrad von 85 Prozent bezieht sich auf diese schwache Strahlungsleistung.

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