Erkenntnisse zu Flachkollektoren Röhrenkollektoren aus Praxisdaten (WintereigenschaftenLeistungsentfaltung Simulationen usw.)
FK/VRK Kollektoren Erkentnisse aus den Anlagenauswertungen !
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Einleitung !

Ich möchte hier einige Unterschiede zwischen FK/VRK Kollektoren aufzeigen, welche immer wieder zu falschen Einschätzungen bei der Beurteilung führen können. Bei vielen Details kann ich auf langfristige Datenauswertungen von FK/VRK zurückgreifen, weiters habe ich viele Indizien und Bilder aus Beobachtungen gesammelt.

Hinweis

Die Erkenntnisse beziehen sich auf Praxisdaten der ausgewerteten Anlagen, Erkenntnisse zu den Wintereigenschaften sind natürlich abhängig vom Standort und der dort vorherschenden Witterungseinflüsse !

Die Solar Hydraulik und Solar Ladestrategien der ausgewerteten Solar Anlagen sind auf sehr hohem Niveau, bei den besten Solar Anlagen würde ich die Ergebnisse als Referenz bezeichnen , welche nur bei optimaler Bedingungen (Solar Hydraulik und Solar Ladestrategie) zu ereichen sind.

 

Allgemeine Unterschiede ! (bezogen auf Heat-Pipe mit doppelter Röhre und Flachkollektoren)

Bilder (Links)

Flachkollektoren besitzen ca. 90% Aperturfläche, Röhrenkollektoren haben ca. 60% Aperturfläche (siehe Link)! Die Passivfläche ist bei einem Röhrenkollektor deshalb wesentlich höher (siehe Link)! Die Jahresertragsangaben von Testberichten beziehen sich immer pro m²Aperturfläche, hier sollte man immer zum Vergleich auf Jahresertrag nach Bruttofläche umrechnen. Sonst kann man böse Überraschungen erleben, da der Jahresertrag ja nach Apertur berechnet wird und dadurch bei einem aperturschwachen Kollektor dann wesentlich mehr Bruttofläche (teuer) gebraucht wird, um auf die angegebene Leistung zu kommen.

Bei gleicher Bruttofläche haben Flachkollektoren eher Leistungsvorteile im Bereich Heizungsunterstützung gegenüber Heat-Pipe Röhrenkollektoren mit doppelter Röhre (Flachkollektoren haben die deutlich höhere Aperturfläche und bessere Wintereigenschaften)

werden hohe T. im Sommer gefordert, wären Röhrenkollektoren besser geeignet , eine heizungsunterstützende größere Anlage , erbringt aber sowieso locker die geforderten T. für WW (egal ob Flachkollektoren oder Röhrenkollektoren)

hier ist normal eher Überschuss vorhanden, deshaslb ist dieser Vorteil weniger relevant.

 

FK/VRK Apertur Passivfläche

Info zu den Solar Jahresertragsangaben !

Bilder (Links)

Solar Jahresertragsangaben werden immer pro m² Apertur angegeben, hierbei gibt es aber verschiedene Bezugsangaben (z.B Wirkungsgrad nach Brutto/Apertur/Absorberfläche oder Jahresertrag bei Vorwärmung /WW Erzeugung/Heizungsunterstützung).

Unseriöse Händler nutzen diese Unkenntnis aus, und geben oft nur die günstigsten (höchsten) Werte an, ohne den Bezug der Angabe anzuzeigen.

Es werden dann zwar korrekte Werte aus einem Test dargestellt, dieser Wert ist aber dann irreführend und sugeriert hohe Vorteile gegen andere Produkte, welche korrekt bezeichnet wurden (siehe im Link "SPF Factsheet"; Pfeilmarkierungen)

Wenn die Bezugsangaben nicht klar ausgewiesen werden, würde ich immer einen Testbericht anfordern (ein seriöser Händler wird ihn übermitteln)!

Und immer den Bruttojahresertrag pro m² ausrechnen! (Tool zum Berechnen ist auf meiner HP downloadbar! )

Auch Sprüche wie "bis zu 60% mehr Ertrag bei geringer Einstrahlung gegenüber einem FK " sind oft zu finden. Das kann zwar bei bestimmten Bedingungen vorkommen, es ist aber überhaupt nicht relevant auf den Gesamtertrag.

Mit 60% mehr von fast nichts kann man nicht heizen , es klingt nur gut wenn man sonst keine Zahlen sieht.

Tipp:

Bei SPF (Link) kann man die Leistung sehr einfach beurteilen indem man die Anzahl der erforderlichen Kollektoren im Kollektor Factsheet (PDF) bei der entsprechenden Sparte (Heizungsunterstützung) abliest, und mit der Bruttofläche pro Kollektormodul multipliziert!

Dann einfach verschiedene Kollektoren miteinander vergleichen und den Preis für die erforderliche Bruttofläche ermitteln !

Siehe auch meine Vergleichsberechnung (Link) eines Standard Flachkollektor gegen einen Chinesischen Röhrenkollektor !

Neues Kollektorvergleichstool (Link rechts) erstellt, es können jetzt alle Kollektoren miteinander verglichen werden (nach Brutto) wenn die techn. Daten (eta0,a1,a2,Aperturfl.und Bruttofläche) vorhanden sind.

 

SPF Kollektortestinstitut

SPF Factsheet

Vergleichsberechnung (Tool)

neues Kollektorvergleichsttool

Leistungsentfaltung ! (bezogen auf Heat-Pipe Röhrenkollektor mit doppelter Röhre und Flachkollektoren)

Bilder (Links)

Flachkollektoren haben entsprechend ihrer größeren Aperturfläche deutlich Vorteile bei direkter hoher Einstrahlung, hier holen Flachkollektoren auch den Hauptanteil am Gesamtertrag, geringste Einstrahlungen nutzen Flachkollektoren weniger gut.

In der Maximalleistung (bei guten Bedingungen) erzielen Flachkollektoren Anlagen deshalb höhere Erträge als Röhrenkollektoren !

Röhrenkollektoren erzielen überall gleichmäßige Leistungen , bei geringsten Einstrahlungen haben sie deutlich Vorteile gegenüber Flachkollektoren , diese Erträge spielen aber keine so große Rolle im Gesamtertrag.

Bei sehr guten Bedingungen sind Flachkollektoren kaum zu schlagen , viel höhere Apertur und sehr gute größflächige Übertragung der Energie ins System sind die Hauptvorteile.

Röhrenkollektoren können hier schwer mithalten , der Aperturflächennachteil wirkt sich hier am meisten aus , die Übertragung erfolgt über sehr kleine Kontaktflächen und ist deshalb nicht so optimal wie beim Flachkollektor.

(Ausnahme bei U-Pipe Röhrenkollektor)

Bei wechselnden Bedingungen würde ich beide Kollektortypen als ~ gleich stark einschätzen.

Röhrenkollektoren haben Vorteile bei stark seitlicher Einstrahlung , der Aperturflächennachteil ist hier nicht mehr gegeben da sich die Röhren zu einer Gesamtfläche überdecken, diese Erträge sind aber im Winter schwer nutzbar (außer mit WP oder bei größeren Anlagen) es ist schwierig mit geringen Leistungen gegen warme Puffer auf nutzbares T. Niveau zu kommen.

Auch bei sehr geringer Einstrahlung haben Röhrenkollektoren Vorteile , diese Erträge sind aber eher gering und im Winter meist nur schwer nutzbar ! (außer mit WP )

 

Wirkungsgradverteilung

Wintereigenschaften ! (bezogen auf Heat-Pipe Röhrenkollektor mit doppelter Röhre und Flachkollektoren)

Bilder (Links)

Da Kollektoren nur bei Sonne getestet werden , werde ich hier einiges zum Thema Wintereigenschaften aufzeigen ! (Bilder, Beobachtungen und Auswertungen von Anlagendaten)

Bei winterlichen Bedingungen sind mir in meinen Auswertungen deutliche Leistungseinbrüche bei Röhrenkollektor Anlagen aufgefallen.

Ich glaube dass es mit der Vereisung und den schlechteren Abtaueigenschaften bei Schnee zu tun hat.

Ein Versuch mit einen vereisten Glas (siehe Link) zeigte ca. 1/3 weniger Strahlung an, nach Informationen von Röhrenkollektoren Betreibern, kann die Eisschicht selbst nach mehren Std. Einstrahlung, nicht immer abgetaut werden.

Bei Schnee ist es ähnlich , je nach Neigungswinkel und Kollektortyp, kann der Schnee sehr lange das Kollektorfeld tlw. oder ganz verdecken.

Nach Bericht eines Röhrenkollektoren Betreibers, sind die flach liegenden VRK (ca.35° Neigungswinkel) schon längere Zeit zugeschneit, und bringen keine Leistung, die steilere Kollektorfläche (55° Winkel) war hier weniger stark betroffen.

Offene Röhrenkollektoren (ohne CPC) mit Aufständerung , sind auch eher frei als Röhrenkollektoren mit CPC , hier kann sich der Schnee leicht zwischen den Röhren festsetzen.

Bei Flachkollektoren gibt es bei Eis kaum Probleme , nach mehreren Tests, waren Flachkollektoren nach 45-60min Sonne komplett eisfrei.

Bei Schnee kommt es hier auch auf den Neigungswinkel an , aufgeständerte Flachkollektoren entledigen sich sehr rasch vom Schnee , flachere Indach Flachkollektoren brauchen dagegen auch etwas länger .

Bei Flachkollektoren kommt dazu dass sie rel. leicht abgekehrt oder abgetaut werden können.

Bei Röhrenkollektoren ist dies nur schwer bzw. eingeschränkt möglich.

Das Vakuum sperrt indirekt lange Zeit einen Teil der Strahlung weil das Abtauen verzögert wird, und verhindert dadurch eigentlich die Vorteile eines Vakuumkollektors , dieser sollte bei kalten Temperaturen weniger Abstrahlverluste haben, da aber von Anfang an durch die geringe Apertur und durch die träge abtauende Eis oder Schneeschicht wenig Strahlung ankommt, erreicht das Vakumm bei winterlichen Bedingungen eher das Gegenteil. (es kommt zuwenig an zum Isolieren)

NEU ! 2012 > Beobachtung mehrere Solaranlagen (mit Bildverlauf) über 3 Monate , die 45° aufgeständerte VRK Anlage war ca. 3 Monate komplett zugeschneit , die FK Anlagen waren zumindest schnell teilweise schneefrei , und viel früher komplett frei ! (siehe Link)

Strahlung bei Eis (Versuch)

vereistes Glas (für Versuch)

FK/VRK (bei Schnee)

FK/VRK (bei Schnee)

VRK (flach/steil)

VRK bei Schnee Tagesverlauf

 

 

Sonstige Anmerkungen ! (bezogen auf Heat-Pipe Röhrenkollektor mit doppelter Röhre und Flachkollektoren)

Bilder (Links)

Da auch von Testinstituten (ITW) Flachkollektoren einen höheren Bruttowirkungsgrad aufweisen wenn die Temp. Differenzen nicht extrem hoch sind , und auch meine Auswertungen eine ähnliche Distanz anzeigen (siehe Link)gehe ich davon aus dass FK in der wärmeren Übergangszeit Vorteile haben sollten, wenn der Röhrenkollektor dann aber im Winter den Flachkollektoren nicht deutlich distanzieren kann (wie es momentan aussieht) kann ich zur Zeit keine Vorteile bei Röhrenkollektoren für heizungsunterstützenden Anlagen erkennen.

Bei Röhrenkollektor Wasseranlagen kommt noch dazu dass im Winter die Röhrenkollektoren frostfrei gehalten werden müssen, das kann pro Tag mehrere kWh ausmachen !

Das Vakuum ist Gesamt eher ein Nachteil weil es mit viel Aperturflächenverlust erkauft wird, es sperrt indirekt den normalen Abtauvorgang im Winter, läßt keine manuelle Abtauung zu, und führt auch zu höheren thermischen Belastungen im Sommer, es entstehen höhere Kollektortemperaturen bei Stagnation, eine nächtliche Rückkühlung ist auch nicht möglich um die Anlage zu entlasten. (bei Flachkollektoren kein Problem)

Es kommt auch in der aktuellen Generation von Röhrenkollektoren vor ,dass manche Röhren ihr Vakuum verlieren, hier könnte es riskant werden , wenn man auf leistungsschwache billigst Röhrenkollektoren zugreift. (spätere Kosten oder Leistungsverluste)

 

Bruttowirkungsgrad (ITW)

weitere Auswertungen ! (bezogen auf Heat-Pipe Röhrenkollektoren mit doppelter Röhre und Flachkollektoren)

Bilder (Links)

Auswertung nach Temperatur bei Daten mit guten Bedingungen, man erkennt deutlich dass im Okt der Wirkungsgrad von Röhrenkollektoren syncron zu Flachkollektoren verläuft, ab Nov. fallen Röhrenkollektoren gegenüber Flachkollektoren deutlich zurück !

(es werden bei allen Anlagen nur Daten bei guter Strahlung herausgefiltert ! / Strahlung > 1,5 kWh/m²)

Auswertung nach Strahlungsbereiche gefiltert und auf Differenz in kWh hochgerechnet !

Hier erkennt man den Vorteil der Röhrenkollektoren bei geringer Einstrahlung, in den mittleren Bereich sind Flachkollektoren und Röhrenkollektoren ~ gleich, bei den höheren Strahlungswerten sind Flachkollektoren voran. (was am meisten beim Gesamtertrag ausmacht )

Die Auswertung im April 2010 (nur von den Anlagen in DE) zeigte deutlich dass die Leistung bei hoher Einstrahlung hier entscheidend für den Vorsprung der Flachkollektoren war. (die Bedingungen waren bei allen Anlagen sehr gut !)

Das Diagramm Bereichsnutzung zeigt einen typischen Verlauf für die Nutzung der Einstrahlungsbereiche zwischen Flachkollektoren/Röhrenkollektoren (OKT/JAN/FEB) Röhrenkollektoren verlieren im Winter stärker in ihrem Paradebereich !

Neu 2012

Durch Anschaffung neuer Simulationstools (Polysun und SPF Bruttowärmerechner), konnte ich auch hier deutliche Vorteile der FK gegenüber Standard Dewar VRK bei gleicher Bruttofläche fest stellen. (auch bei Standort Würzburg)

Beispiele (Link) siehe Standard VRK, Bruttowirkungsgrade bei SPF , Blueclean gegen FK (Bruttowirkungsgrad)

Winterhalbjahresauswertung (3 Jahre nur von Praxisdaten) Link

Amortisationsberechnung mit einigen Kollektoren Link

Winterhalbjahressimulationen (SPF Tool) bei Standort Würzburg bei Südausrichtung Link

(in einer Excelliste sind alle in SPF gelisteten Kollektoren der letzten Jahre enthalten) Zusatzinfos zu den SPF Simulationen

Strahlungstabelle für Winterhalbjahr (hilfreich für Neigungswinkel) Link

Simulationanalyse TOP VRK / TOP FK (Würzburg,Südausrichtung ,60° Neigung) Link Polysun Simulation (pdf)

Neigungswinkelvergleich (45°/60°) Link

Endergebnis der Praxisdatenauswertung (letzten 4 Jahre) Einzeldaten (Excel) Übersicht Wirkungsgrad Diagramm kWh/m²

(die Anlagen mit WP sind nur im Diagramm der Detailauswertung enthalten)

 

Auswertung nach AT Okt bis Maerz

Auswertung nach Strahlung Okt09

Auswertung nach Strahlung Nov09

Auswertung nach Strahlung Dez09

Auswertung nach Strahlung Jan10

Auswertung nach Strahlung Feb10

Auswertung nach Strahlung Maerz10

Auswertung nach Strahlung April10 (nur DE)

Bereichsnutzung FK/VRK OKT/JAN/FEB

   

hier zeige ich noch viele Simulationen zum Thema Amortisation, Neigungswinkel und Ausrichtung ! (tlw. auch mit PV)

zu den Simulationen