Der Absorber – das Herzstück des Sonnenkollektors

Der Absorber wird gerne als das Herzstück des Sonnenkollektors bezeichnet. Wie ein Absorber aufgebaut sein kann, woraus er bestehen kann und wie er funktioniert, erfahrt Ihr hier.

Das einfachste Beispiel für einen Absorber kennt der eine oder andere sicher: Ein Wasserschlauch, der im Sommer in der Sonne liegt, spendet nach dem Aufdrehen des Wasserhahns zunächst wunderbar warmes Wasser. Das hatte zuvor im Schlauch gestanden und wurde mit diesem von der Sonne aufgeheizt. Auch die altbekannte Gartendusche funktioniert so.

Was ist ein Absorber?

Man unterscheidet nach verschiedenen Absorbertypen – je nach Anwendung und Bauart.

Schwimmbadabsorber

Volldurchströmte Absorber im Schwimmbad bestehen meist aus Kunststoffen. Sie müssen sowohl beständig gegenüber den UV-Strahlen sein, als auch gegenüber dem zumindest chemisch betrachtet recht aggressiven Chlor im Wasser des Schwimmbades. Denn das Schwimmbadwasser fließt direkt durch die  meist schwarzen Rohre, aus denen der Schwimmbadabsorber im einfachsten Fall besteht. Die werden wie der eingangs erwähnte Schlauch großflächig in der Sonne ausgebreitet, etwa auf einem Dach oder einer Wiese in Form einer schwarz gefärbten Kunststoffrohrmatte, und sind beispielsweise aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Ethylen-Propylen-Dien-Monomeren (EPDM). Letztgenannter Kunststoff ist besonders langlebig und entsprechend teurer.

Absorber in Flach- und Röhrenkollektoren

Der Absorber im Innern des Solarkollektors sitzt wohlbeschützt unter einem im Vergleich zu normalen Fensterscheiben eisenarmen Spezialglas, das hochtransparent ist und so besonders viele Sonnenstrahlen durchlässt: 90 Prozent und mehr beträgt die entsprechende Transmissionsrate (auch Transmissionsgrad genannt). Etwa acht Prozent der Sonnenstrahlen reflektiert das Glas. Manchmal ist das Glas speziell beschichtet, so dass es noch weniger Strahlen reflektiert. Und zwei Prozent der Strahlen absorbiert das Spezialglas selbst. Sein Nebenjob: Es schützt den Absorber gegen Wind und Wetter.

Über maßgeschneiderte Fahnen

Den Großteil der Strahlen (ungefähr 95 Prozent), die durch das Spezialglas gelangen, absorbiert der Absorber, der sie in thermische Energie umwandelt. Absorber in Kollektoren müssen höheren Temperaturen standhalten als Schwimmbadabsorber (bis zu 100 Grad Celsius). Ohne Energie zu entnehmen wird es im Innern eines Flachkollektors gute 200 Grad Celsius warm, in einem Vakuumröhrenkollektor sogar über 300 Grad Celsius. Deshalb sind die Absorber in den Kollektoren nicht aus Kunststoff, sondern aus Materialien wie Kupfer, Stahl oder Aluminium. Die Absorber können verschieden aufgebaut sein, wobei nach sogenannten Fahnenabsorbern und Kissenabsorbern unterschieden wird: Damit Ihr Euch darunter etwas vorstellen könnt, habe ich kurzerhand die schöne Grafik aus Volker Quaschnings „Solarbibel“: „Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation.“ (mehr Infos siehe unten) für Euch abfotografiert.

• aufgelötetes Kupferrohr
• eingepresstes Kupferrohr
• Aluminium Rollbond
• Kissenabsorber

Laut dem Solarexperten Quaschning haben sich die Fahnen-Absorber weitgehend durchgesetzt, bei denen ein Kupferrohr entweder aufgelötet, eingepresst, aufgeschweißt oder aufgeklebt ist. Bei maßgeschneiderten Fahnen in Solarkollektoren: Das Rohr leitet Wärme naturgemäß sehr gut weiter und ist aus einem Blech gefertigt, das 0,2 bis 0,5 Millimeter dick ist, schreiben die Solarexperten Thomas Schabbach und Pascal Leibbrandt in ihrem druckfrischen Einsteigerbuch „Solarthermie. Wie Sonne zu Wärme wird“ (mehr Infos siehe unten). Auf das Rohr wird die Absorberschicht aufgetragen – sie ist demnach nur wenige Zehntel Millimeter dick. Die Absorberschicht selbst ist folgenden Absatz wert:

Aus der landläufig bekannten Erkenntnis, dass schwarzes Material Sonnenlicht besonders gut absorbiert und sich so erwärmt sowie der Tatsache, dass Kupfer eher rot als schwarz ist, folgt die Notwendigkeit einer individuellen Beschichtung des Metalls. Ein 0815 – einfacher Anstrich mit schwarzer Farbe kommt dafür nicht in Frage, da die Farbe einen Teil der Wärme abstrahlen würde – die Wärmeverluste (demnächst dazu mehr hier auf dem Blog) wären zu groß. Also werden die Kupferrohre nebst „individuellen Fahnen“ beschichtet. Das nennt sich dann „selektive Beschichtung“ schreibt Quaschning. Mit Materialien wie Schwarznickel, Cermet (en Verbundwerkstoff aus Keramik und einer metallischen Matrix) und Tinox (Titan-Nitrid-Oxid). Die Schichten werden mitgroßem Aufwand auf das Rohr samt Fahne aufgebracht, indem man sich Verfahren wie

• galvanisches Abscheiden
• Elektronenstrahlverdampfung
• und Sputtern unter Vakuum

bedient.

Quellen:

Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation., 8. aktualisierte und erweiterte Auflage, Hanser Verlag München, 2013.

Thomas Schabbach und Pascla Leibbrandt, Solarthermie. Wie Sonne zu Wärme wird., Springer Vieweg, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2014.

Foto: Nicco / photocase.de /Titel), Grafik: Quaschnings Buch, S. 111