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Reflexionsverluste

Reflexionsverluste treten sowohl an der Glasabdeckung des Solarkollektors als auch am Absorber auf. Beide mindern den Wirkungsgrad des Kollektors. Gänzlich zu vermeiden sind Reflexionsverluste nicht, aber die Verluste an der Abdeckung können durch geeignete Beschichtungen deutlich gemindert werden. Glasabdeckungen ohne Antireflexbeschichtungen verursachen bei nahezu senkrechtem Einfall des Sonnenlichts Reflexionsverluste von etwa acht Prozent, bei flachem Lichteinfall nehmen die Verluste deutlich zu.

Antireflexbeschichtungen

Antireflexbeschichtungen sind schon lange bekannt, aber herkömmliche Beschichtungen eignen sich kaum zur Senkung der Reflexionsverluste bei Solarkollektoren. Einfachste Entspiegelungen basieren beispielsweise lediglich drauf, die reflektierende Oberfläche ein wenig aufzurauen. So wird erreicht, dass das Licht nicht gerichtet, sondern diffus reflektiert wird. Das vermeidet störende Reflexe, vermindert aber nicht die Energieverluste durch Reflexion. Spürbar reduziert werden diese Energieverluste durch eine Beschichtung, die Reflexionen teilweise unterbindet. Der dazu genutzte physikalische Effekt ist die destruktive Interferenz. Zwei Wellen gleicher Wellenlänge, die parallel in einem Abstand einer halben Wellenlänge laufen, löschen sich gegenseitig aus. Gleiches gilt, wenn die Verschiebung einem ungeraden Vielfachen einer halben Wellenlänge entspricht. Wo der eine Wellenzug sein Maximum erreicht, erreicht der andere sein Minimum, die Summe ist immer null. Auf die Oberfläche des Glases wird also eine Beschichtung aufgetragen, an der das einfallende Licht zweimal reflektiert wird. Die erste Reflexion erfolgt an der Außenseite, die zweite an der Grenze zwischen der Beschichtung und dem Solarglas. Diese beiden reflektierten Wellen löschen sich aus, wenn der Laufweg sich um eine halbe Wellenlänge unterscheidet. Die Differenz der Laufwege ist gleich der doppelten Schichtdicke, weswegen als Schichtdicke ein Viertel der Wellenlänge gewählt wird. Eine übliche Schichtdicke von etwa 150 Nanometern ist also ideal für eine Wellenlänge von 600 Nanometern, die im optischen Spektrum beim Übergang zwischen rotem und gelbem Licht liegt.

Das große Spektrum bereitet Probleme

Optische Entspiegelungen müssen nur im sichtbaren Teil des Spektrums Reflexionen unterdrücken, der zwischen 380 und 780 Nanometern liegt. Solarkollektoren absorbieren Energie in einem sehr viel breiteren Spektrum, das im Bereich von 400 bis 2500 Nanometern liegt. Hierfür müssen spezielle Beschichtungen entwickelt werden. Auch die Erfahrungen aus der Photovoltaik helfen nicht, da die großen Wellenlängen hier keine Bedeutung haben. Mittlerweile sind Beschichtungen verfügbar, die Reflexionsverluste von Solarkollektoren ungefähr halbieren. Für Photovoltaik Module können die Verluste wegen des schmaleren nutzbaren Wellenlängenbereichs sogar auf etwa ein Prozent gedrückt werden. Wirtschaftlich rechnet sich eine Beschichtung der Solarkollektoren. Die Mehrkosten liegen zwischen 10 und 15 Euro pro Quadratmeter, was sich aufgrund des höheren Wirkungsgrades über die gesamte Lebensdauer der Solarthermie Anlage sicherlich auszahlt.

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