Messwerte - Diagramme - Ergebnisse

Luftkollektoren bieten viele vorteilhafte Eigenschaften (siehe Merkmale). Wegen der vergleichsweise geringen Wärmekapazität des Wärmeträgers Luft muss dass Kollektorfeld jedoch sehr sorgfältig dimensioniert und angesteuert werden, um das Solarangebot maximal, also mit Wirkungsgraden bis über 70% nutzen zu können.

Die hohe Leistungsfähigkeit von Solarfassaden resultiert aus drei sich ergänzenden Maßnahmen:

1. Die Basisentwicklung der Solarfassade wurde gemeinsam mit einem auf die Computersimulation von Strömungseffekten spezialisierten Institut durchgeführt. Die gefundene Konfiguration stellt einen optimalen Kompromiss dar zwischen einer möglichst hohen Wärmeübertragung vom Absorber auf den Wärmeträger und einer möglichst geringen Wärmeabgabe über die Abdeckscheiben (Frontverluste), speziell für senkrecht orientierte Solarkollektoren und mitteleuropäische Klimaverhältnisse.

2. Durch Auswertung der Sonnenstandsfunktionen (Intensität und Winkel der Einstrahlung, Abb. 1) kann nicht nur ein Bezug zur nutzbaren Leistung eines bestimmten Fassadenobjektes hergestellt werden (Abb. 2, 3), durch Verknüpfung mit meteorologischen Daten sind auch Aussagen über die zu erwartenden solaren Deckungsbeiträge einer geplanten Solarfassade möglich.

Maßgebend für Auslegung und Betrieb von Solarkollektoren sind jedoch nicht einsame Spitzenwerte, sondern die konsequente Berücksichtigung der häufig auftretenden typischen Wetter- und Einstrahlbedingungen, insbesondere während der Heizungsperiode.

3. Durch Einsatz einer intelligenten Steuer- und Regelungselektronik wird der Luftdurchsatz zu jedem Betriebszeitpunkt auf maximale Energieausbeute eingestellt und je nach Bedarf automatisch den vorhandenen Verbrauchern, Solarspeicher, Fußbodenheizung, Warmluftheizung, Kontrollierte Wohnraumlüftung, Nachtabkühlung etc. zugeführt.

Abb. 1

Sonnenstandsdiagramm

Höhen- und Azimutwinkel der Sonne für verschiedene Jahres- und Tageszeiten als Grundlage zur Bestimmung der Einstrahlungs-bedingungen zu einem bestimmten Zeitpunkt und zur Berechnung der nutzbaren Solarausbeute einer bestimmten Solarfassade.
Geographischer Standort, Objektgröße und -ausrichtung, Abschattungseffekte und Wetterbedingungen können auf diese Weise berücksichtigt werden.

Abb. 2

Abb. 3

Bedarfsgerechte Kollektorleistung

Nutzbare Leistung pro Quadratmeter Kollektorfläche in Abhängigkeit von Jahres- und Tageszeit für Standorte in Süddeutschland sowie für Fassaden mit Ausrichtung SÜD (Abb. 2) und SSW 30°West (Abb. 3). Für Ausrichtung SSO 30°Ost würde sich ein analoges, gespiegeltes Diagramm ergeben.

Deutlich ist die erhöhte Leistungsabgabe in der Heizperiode und der Übergangszeit (rot) zu erkennen, während in den Sommermonaten (blau) vergleichsweise wenig Überschusswärme produziert wird. Eine Abweichung bis 45 Grad West oder Ost macht sich in der Gesamtbilanz nicht wesentlich bemerkbar.

Die Kurven beziehen sich jeweils auf die Zeit um den 21. Tag des Monats.

Abb. 4

Abb. 5

Leistungskennwerte der Kollektormodule

Nutzbare Leistung (Abb. 4) und Temperaturerhöhung (Abb. 5) für verschiedene Kollektorhöhen und Strahlungsintensitäten,
hier bei einheitlichem Volumenstrom von 180 m³/h und
Außentemperatur von 0°C.
Schon bei geringer Einstrahlung - also bei bewölkten Himmel oder in den Tagesrandzeiten - wird im Bedarfsfall der Speicher geladen, bzw. frische, warme Luft ins Gebäude gefördert.
Mit zunehmender Kollektorhöhe nimmt generell die Austrittstemperatur zu, und der Wirkungsgrad nimmt wegen der temperaturabhängigen Frontverluste ab. Mit zunehmender Einstrahlung nimmt ebenfalls das Temperaturniveau zu, und die Nutzleistung pro Fläche nimmt ab.
Im realen Betrieb wird der Volumenstrom so geregelt, dass die Temperaturerhöhung so gering wie nötig und die Gesamtleistung
so hoch wie möglich ausfällt.

Einige Messprotokolle

Vergleich von Globalstrahlung (rot) und Kollektorausgangsleistung (gelb) im Tagesverlauf.
Zeitweise überhöhte Wirkungsgrade sind auf die Trägheit des Systems zurückzuführen.