Um die Energie der Sonne einzufangen, werden Solarkollektoren benötigt. Hier wird zwischen Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektor unterschieden.
Flachkollektoren
Die Funktion von Flachkollektoren ist relativ einfach. Die Sonnenstrahlen (direkte und diffuse) passieren eine transparente Kollektorabdeckung und treffen auf einen Energieabsorber. Solche Absorber bestehen in der Regel aus speziell beschichteten Röhren. An der Oberfläche des Absorbers wird die Lichtstrahlung in Wärme umgewandelt und vom Absorber an eine Wärmeträgerflüssigkeit weitergeleitet, die durch die Absorberrohre fließt. Wärmedämmungen auf der Unterseite und im Seitenbereich, sowie die transparente Abdeckung an der Kollektoroberfläche verhindern Wärmeverluste nach außen. Trotzdem treten solche auf, vor allem durch:
* Konvektion (Luftbewegung)
* Wärmeleitung
* Wärmestrahlung
Die Abdeckung besteht heute meist aus hochtransparentem Spezialglas, z.T. vorgespannt, also Sicherheitsglas. Die Absorberbeschichtungen unterscheiden sich in der Effektivität der Strahlungsumwandlung, der so genannten "Selektivität". Lackbeschichtungen haben Absorptionswerte von durchschnittlich 90-95% und Emissionswerte von 80-90%. Selektive Beschichtungen haben Absorptionswerte von durchschnittlich 90-94% und sehr geringe Emissionswerte von 6-15%. Diese hochwirksamen Beschichtungen der Absorber erhöhen die Effektivität der Kollektoren, vor allem bei geringer Sonneneinstrahlung. Sie sind somit für die Gesamtleistung von ausschlaggebender Bedeutung. Als Wärmedämmung auf der Kollektorrückseite werden Polyurethan-Hartschaum, Mineralwolle oder ein Luftvakuum eingesetzt. Die Grafiken zeigen Funktionsschemadarstellungen eines Flachkollektors.
Vakuumflachkollektoren
Vakuumröhrenkollektoren funktionieren ähnlich wie Vakuumflachkollektoren, mit dem Unterschied, dass als Absorber selektiv beschichtete Vakuumröhren, in denen sich wiederum ein so genanntes "Wärmerohr" befindet, verwendet werden. Bei Erwärmung verdampft das im Wärmerohr der Vakuumröhre vorhandene Kältemittel, steigt nach oben und gibt die Wärme über einen Wärmetauscher an eine Wärmeträgerflüssigkeit ab. Hierbei kondensiert das Kältemittel und läuft wieder nach unten zurück, um erneut Solarwärme aufzunehmen. Die an die Wärmeträgerflüssigkeit übertragene Wärme wird dann, wie bei den anderen Kollektortypen auch, dem Verbraucher zugeführt. Die heute eingesetzten Kältemittel sind FCKW frei und wurden meist durch ein Wasser-Glykolgemisch ersetzt. Die Grafiken zeigen Vakuumröhrenkollektoren mit Trockeneinbindung, d.h., die sich in der Anlage befindlichen Röhren können einzeln gewechselt werden, ohne dass eine Systementleerung nötig ist. Darüber hinaus kann die Absorberfläche auch speziell ausgerichtet werden.
Es gibt auch Vakuumröhrenkollektoren mit Nasseinbindung, bei denen die Wärmerohre der Vakuumröhren direkt von der Wärmeträgerflüssigkeit umspült werden. Bei solchen Kollektoren muss die Anlage beim eventuellen Auswechseln einzelner Rohre entleert und damit erst außer Betrieb und danach wieder neu in Betrieb gesetzt werden. Ein Vorteil dieses Kollektortyps gegenüber den Vakuumröhrenkollektoren mit Trockenenbindung ist, dass er horizontal, schräg oder senkrecht eingebaut werden kann. Die nachfolgenden Grafiken zeigen Funktionsbilder von Vakuumröhrenkollektoren mit Nasseinbindung.
CPC - "Sydney" Kollektor
Ein weiterer Vakuumröhrenkollektortyp ist der so genannte "Sydney" Kollektor, auch als CPC (Compound Parabolic Concentrator) bekannt. Er beruht mehr oder weniger auf dem Prinzip der Thermoskanne. So besteht er aus einer Vakuumröhre, einem CPC-Spiegel und einem Sammler mit Vor- und Rücklauf. Der CPC-Spiegel hat dabei die Aufgabe, die einfallenden Sonnenstrahlen konzentrierter auf den Absorber zu lenken und damit den Energieertrag nochmals zu steigern. Die Grafiken zeigen dieses Prinzip noch einmal als Funktionsschemadarstellung
