Aufbau und Funktionsprinzip eines Druck-Warmwasserspeichers
Aufbau:
Der Solarkollektor besteht aus Vakuumröhren aus Borosilikatglas. Das Vakuum zwischen den beiden Glasschichten dient als hervorragender Isolator und verhindert Wärmeverluste. In einem dreifachen Magnetron-Metallisierungsverfahren wird ein Absorber (eine Verbindung, die Sonnenstrahlen absorbiert und in Wärmeenergie umwandelt) aufgebracht. Zusätzliche Absorberschichten sollen so viel Energie wie möglich im Inneren der Röhren halten und Wärmeverluste durch Infrarotstrahlung verhindern. Die neue spezielle Absorptionsschicht ALN/AIN-SS/CU mit Kupferzusatz stellt die nächste Generation von Absorptionsbeschichtungen dar. Als Nachfolgerin der AL/N/AL-Schicht zeichnet sie sich durch einen höheren Wirkungsgrad (um bis zu 12%) und hervorragende Absorptionseigenschaften für direkte und diffuse Sonneneinstrahlung aus. Das Innere der Vakuumröhre kann sich auf bis zu 300°C erwärmen.
Im Inneren der Vakuumröhren ist ein sogenanntes „Wärmerohr“ (Heat Pipe) montiert. Nach dem Prinzip, dass der Siedepunkt mit sinkendem Druck sinkt, wurde der Druck im Inneren der Heat Pipe durch Absaugen der Luft gesenkt. Die Flüssigkeit im Inneren des Heat-Pipe-Wärmetauschers siedet dadurch bereits bei einer Temperatur von 25°C. Das für die Produktion verwendete Kupfer ist sauerstofffrei, was einen langen und zuverlässigen Betrieb gewährleistet. Aluminium-Radiatoren im Inneren der Vakuumröhren unterstützen die Energieübertragung auf die Kupfer-Wärmerohre.
Der Tank besteht aus Edelstahl SUS 304 mit einer Dicke von 1,3 - 2,0 mm und ist mit Polyurethanschaum von mindestens 50 mm Dicke isoliert. Das gesamte Set ist werkseitig bei einem Druck von 10 bar getestet und kann direkt an das Wassernetz angeschlossen werden. Warmes Wasser fließt aus dem Tank, herausgedrückt durch kaltes Wasser (unter dem gleichen Druck, der im Wassernetz herrscht).
Funktionsprinzip:
Unter dem Einfluss von Sonnenstrahlen erwärmt sich das Innere der Vakuumröhren. Über die Aluminium-Radiatoren wird die Wärme an die „Heat Pipes“ übertragen. Sobald eine Temperatur von 25°C erreicht ist, beginnt die Flüssigkeit im Wärmerohr zu kochen und verwandelt sich in Dampf. Der Dampf steigt schnell nach oben in den Kopf des Wärmetauschers, wo er unter Wärmeabgabe abkühlt und wieder kondensiert. Er fließt dann wieder zum Boden des Wärmerohrs zurück, um den gesamten Prozess zu wiederholen. Der hohe Wirkungsgrad des Kollektors resultiert aus der Fähigkeit, diffuse Sonneneinstrahlung (z. B. an bewölkten Tagen) zu absorbieren und Wärmeverluste maximal zu begrenzen. Energie wird nicht nur aus direkt einfallenden Sonnenstrahlen gewonnen, sondern auch aus dem vom Schnee reflektierten Licht.
Das System benötigt für den korrekten Betrieb keine Pumpen, Steuerungen oder Ausdehnungsgefäße, was es sehr zuverlässig macht. Das Wasser befindet sich ausschließlich im Tank und fließt unter Druck aus ihm heraus. Das Set kann auf dem Boden aufgestellt werden und Wasser in höhere Stockwerke des Gebäudes liefern.
Im Falle einer Beschädigung einer Vakuumröhre funktioniert das gesamte System weiterhin. Es sinkt lediglich die Effizienz des Systems. In den Vakuumröhren befinden sich keine Flüssigkeiten, was bedeutet, dass eine Röhre jederzeit demontiert werden kann, ohne das System entleeren zu müssen.
Vorteile:
- Höhere Effizienz des Vakuumkollektors im Vergleich zu einem Standard-Flachkollektor.
- Einfacher Aufbau, geringe Störanfälligkeit - Lebensdauer der Röhren über 15 Jahre.
- Direkte Verbindung zwischen Kollektor und Tank (keine Wärmeverluste).
- Hervorragende Tankisolierung (täglicher Wassertemperaturverlust von 6 - 10 Grad C).
- Keine Notwendigkeit für Pumpen und Steuerungen.
- Einfache Montage, die keine Änderung der bestehenden Installation erfordert.
- Die Beschädigung einer Vakuumröhre mit Heat Pipe führt nicht zum Ausfall des gesamten Systems, sondern verringert nur dessen Effizienz.
- Keine Möglichkeit der Kollektorverstopfung (z. B. im Vergleich zu Flachkollektoren oder solchen auf Basis von U-Rohren).
- Möglichkeit zur einfachen Wartung und Selbstmontage.