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Thermische Verluste

Ein Solarthermie Anlage weist immer thermische Verluste auf. Sie ist im Betrieb deutlich wärmer als ihre Umgebung, weswegen Wärmeverluste nicht vollständig verhindert werden können. Drei physikalische Mechanismen werden unter dem Oberbegriff „Thermische Verluste“ zusammengefasst: Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion. Verluste treten am Kollektor, am Wärmespeicher und auch in den Leitungsrohren auf.

Thermische Verluste im Solarkollektor

Flachkollektoren sind mit Luft gefüllt, weswegen eine Wärmeleitung vom Absorber zum Kollektorgehäuse unvermeidbar ist. Das warme Gehäuse und die Abdeckung des Kollektors tragen auf zwei Wegen zu den Wärmeverlusten bei. Einerseits wird Wärme in Form infraroter Strahlung abgestrahlt, wie es jeder warme Gegenstand tut. Andererseits kommt es zu Verlusten durch Konvektion. Die Luft in der Nähe des Kollektors wird aufgeheizt und nimmt diese Wärme mit, wenn sie abströmt. Diese Verluste können durch eine Indachmontage verringert werden, bei der nur an der Oberseite des Solarkollektors Luft vorbei strömt. Konvektionsverluste treten auch durch die Belüftungslöcher des Kollektors auf. Diese Verluste werden bewusst toleriert, da nur so die Bildung von Kondenswasser minimiert werden kann. In geringem Umfang treten auch Verluste durch Wärmeleitung über die Kontakte zum Dach auf. Die für einen Vergleich mehrerer Kollektoren relevante Größe ist in jedem Fall der Wirkungsgrad des Kollektors, bei dem sowohl optische als auch thermische Verluste berücksichtigt sind. Damit wird auch das Problem umgangen, welcher Art von Verlusten die Abstrahlungsverluste des Absorbers zuzuordnen sind. Der Absorber reflektiert einen geringen Teil der einfallenden Strahlung und strahlt aufgrund seiner hohen Temperatur auch Wärme ab. Streng genommen handelt es sich also um eine Mischung aus optischen und thermischen Verlusten, aber meist wird die gesamte Abstrahlung des Absorbers den optischen Verlusten zugerechnet. Für die Bestimmung des Wirkungsgrades spielt es keine Rolle, wie diese Verluste zugeordnet werden.

Der Speicher

Moderne Speicher weisen eine sehr gute Isolierung und daher nur geringe thermische Verluste auf. Ein guter Speicher mit einem Fassungsvermögen von 300 Litern weist thermische Verluste von etwa zwei Kilowattstunden pro Tag auf. Insbesondere die Zu- und Abflüsse tragen zu diesen Verlusten bei, weil sie Lücken in der thermischen Isolierung bilden. Die Verluste pro Liter Volumen sind umso kleiner, je größer der Speicher ist. Das liegt primär daran, dass die Oberfläche größerer Speicher im Verhältnis zum Volumen kleiner ist. Auch die Tatsache, dass ein größerer Speicher über dieselben Anschlüsse verfügt wie ein kleiner, trägt dazu bei. Zusammen führen diese Effekte dazu, dass ein 600 Liter Speicher nur etwa 30 Prozent mehr thermische Verluste aufweist als ein 300 Liter Speicher.

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