Täglichen Wärmeertrag und Warmwasser solarthermischer Kollektoren berechnen

Wie viel Wärme liefert ein Solarkollektor?

Ein solarthermischer Kollektor überträgt Sonnenenergie auf Wasser. Der nutzbare Tagesertrag ist Q = A × H × η. Dabei ist A die Kollektorfläche (m²), H die tägliche Bestrahlung der Kollektorebene (kWh/m²) und η der Systemwirkungsgrad.

Die erwärmbare Wassermenge folgt aus V = Q / (1,163 × ΔT) mit V in Litern, Q in Wattstunden und ΔT als Differenz zwischen Zieltemperatur und Kaltwassertemperatur.

Beispiel

Bei 4 m² Fläche, 5 kWh/m² täglicher Bestrahlung und 40 % Wirkungsgrad entstehen 4 × 5 × 0,40 = 8 kWh täglich. Mit Kaltwasser bei 15 °C und Zieltemperatur 45 °C werden 8000 / (1,163 × 30) = 229 Liter erwärmt.

Welche Kollektorfläche wird benötigt?

Zuerst wird der Wärmebedarf berechnet. Für 200 Liter von 15 °C auf 45 °C sind 1,163 × 200 × 30 = 6977 Wh erforderlich. Mit A = Q / (H × η) ergeben 5 kWh/m² täglich und 40 % Wirkungsgrad 3,5 m² beziehungsweise zwei Kollektoren mit je 2 m².

Mit Winterbestrahlung vervielfacht sich die Fläche. Deshalb werden Anlagen meist für einen großen Teil des Jahres ausgelegt und im Winter durch Strom oder Kessel ergänzt.

Wie groß muss der Speicher sein?

Die Sonne liefert tagsüber Wärme, während morgens und abends viel gezapft wird. Der Speicher überbrückt dies. Ein üblicher Faustwert ist 50 bis 70 Liter je Quadratmeter Kollektor. Zu kleine Speicher überhitzen und senken den Wirkungsgrad, zu große erreichen keine ausreichende Temperatur.

Grenzen

Für stromerzeugende Photovoltaikmodule verwenden Sie den Solarertragsrechner. Kollektorkennlinien, stündliche Bestrahlung, Verschattung, detaillierte Speicherverluste und Rohrverluste, Frostschutz und Druckauslegung fehlen hier.

Häufige Fragen

Wie viel Kollektorfläche benötige ich?

Um 200 L Wasser von 15 °C auf 45 °C zu erwärmen, sind bei 5 kWh/m² täglicher Bestrahlung und 40 % Systemwirkungsgrad etwa 3,488 m² erforderlich, also 2 Kollektoren mit je 2 m². Die Bestrahlung gilt in der Kollektorebene. Saisonale Leistung und Zusatzheizung müssen gesondert beurteilt werden.

Mit diesen Werten berechnen

Wie viel Wasser kann ein Solarkollektor erwärmen?

Ein Kollektor mit 4 m² kann bei 4,5 kWh/m² täglicher Bestrahlung und 40 % Wirkungsgrad etwa 206,4 L Wasser von 15 °C auf 45 °C erwärmen. Der gesamte nutzbare Ertrag wird am selben Tag verbraucht. Verschattung, tatsächlicher Systemwirkungsgrad und saisonale Bedingungen beeinflussen das Ergebnis.

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