Absorberbeschichtung

• Was ist eine Absorberbeschichtung? Eine Absorberbeschichtung ist eine spezialisierte Oberflächenlage auf Solarkollektoren, die darauf optimiert ist, auftreffendes Sonnenlicht fast vollständig in Wärme umzuwandeln. Sie minimiert Reflexionen und verhindert gleichzeitig, dass der erhitzte Absorber die gewonnene Energie als Infrarotstrahlung wieder ungenutzt an die Umgebung abgibt.
• Wie funktionieren selektive Schichten? Selektive Absorberbeschichtungen nutzen physikalische Effekte, um kurzwelliges Sonnenlicht hocheffizient zu absorbieren und langwellige Wärmestrahlung im Kollektor zurückzuhalten. Durch dieses Prinzip wird der Wirkungsgrad der Solarthermie signifikant gesteigert, da Wärmeverluste drastisch reduziert werden, was besonders bei geringer Einstrahlung oder tiefen Außentemperaturen entscheidende Leistungsvorteile bietet.
• Welche Materialien werden verwendet? Moderne Sonnenkollektoren verwenden meist umweltfreundliches Titanoxinitrid als Material für die Absorberbeschichtung, welches das früher übliche Chrom weitgehend ersetzt hat. Diese Schichten werden auf Trägermaterialien wie Kupfer oder Aluminium aufgetragen, die aufgrund ihrer exzellenten Wärmeleitfähigkeit die Energie effizient an die Solarflüssigkeit weiterleiten.
• Warum ist die Beschichtung wichtig? Ohne eine hochwertige Absorberbeschichtung würde ein Großteil der eingestrahlten Sonnenenergie durch Reflexion oder Abstrahlung verloren gehen. Erst die spezialisierte Oberfläche ermöglicht Wirkungsgrade von über 95 Prozent am Absorber. Dies stellt sicher, dass die thermische Solaranlage auch unter suboptimalen Bedingungen maximale Erträge zur Heizungsunterstützung liefert.
• Wie langlebig sind diese Schichten? Qualitativ hochwertige Absorberbeschichtungen sind auf eine Betriebsdauer von mehreren Jahrzehnten ausgelegt und halten extremen Temperaturschwankungen problemlos stand. Sie sind im Inneren des vakuumversiegelten oder glasgeschützten Kollektors vor Umwelteinflüssen geschützt, sodass die Leistungsfähigkeit der Solarthermie über die gesamte Lebensdauer der Anlage nahezu konstant hoch bleibt.

Streng genommen fällt unter den Begriff „Absorber“ alles, was der besseren Aufnahmen von Sonnenstrahlung dient. In industriell gefertigten Solarkollektoren kommt als Absorbermaterial meist Kupfer zum Einsatz. Kupfer wird wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit oft genutzt, die Wärme kann so vom Absorber gut auf die Röhren mit der Solarflüssigkeit übertragen werden. Es kommen aber auch andere Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit in Betracht, beispielsweise Aluminium und Edelstahl. Beide sind jedoch in der Herstellung energieaufwändig und teuer.

An die Oberfläche des Absorbers werden sehr spezielle Anforderungen gestellt. Das Licht des gesamten optischen und infraroten Spektrums soll nahezu vollständig absorbiert werden, Verluste durch Lichtreflektion an der Oberfläche des Absorbers sollen also minimiert werden. Ein zweiter Verlustmechanismus besteht in der thermischen Abstrahlung des Absorbers. Der Absorber wird sehr heiß, genau das ist sein Zweck. Heiße Körper strahlen viel Wärme in Form infraroter Strahlung ab. Daher sollte die Oberfläche des Absorbers in diesem Wellenlängenbereich nur wenig abstrahlen.

Letztlich geht es also darum, den bereits an der Kollektorabdeckung genutzten Treibhauseffekt auf der Ebene des Absorbers nochmals zu nutzen. Das ist hier jedoch deutlich komplizierter, da das einfallende Licht nicht einfach durchgelassen werden soll, sondern absorbiert und in Wärme umgewandelt werden muss. Dies ist das exakte Gegenteil der Anforderungen, die an die Glasabdeckung gestellt werden. Da die Absorbermaterialien diese erwünschten Eigenschaften selbst nicht aufweisen, werden sie mit einer speziellen Beschichtung versehen.

Das früher häufig verwendete Chrom wurde mittlerweile aus Gründen des Umweltschutzes nahezu vollständig verdrängt, heute kommt bevorzugt Titanoxinitrid als Beschichtungsmaterial zum Einsatz. Experimentiert wird auch mit keramischen Materialien.

Der Form des Absorbers verdanken die unterschiedlichen Kollektortypen ihre Bezeichnung. Flachabsorber sind dementsprechend durch flache Absorberplatten gekennzeichnet. Die Kollektorröhren liegen zwischen zwei solchen Platten. Diese Bauweise ist sehr einfach und preiswert, limitiert aber die erreichbaren Temperaturen.

Die Kollektorröhren stehen nur an jeweils einer Stelle im direkten Kontakt mit dem Absorber. Deutlich besser funktioniert die Wärmeübertragung, wenn der Absorber das Rohr vollständig umschließt. Diese aufwändigere Bauweise ermöglicht deutlich höhere Temperaturen. Solche Kollektoren werden als Röhrenkollektoren bezeichnet.

Sehr gute Absorber mit selektiven Beschichtungen weisen Wirkungsgrade von 95 Prozent oder mehr auf. Die Form des Absorbers entscheidet darüber, wie viel der absorbierten Energie auf die Kollektorröhren übertragen wird. Röhrenkollektoren weisen hier deutliche Vorteile auf. Der Gesamtwirkungsgrad des Kollektors ist niedriger als der des Absorbers, weil auch an anderen Stellen noch Verluste auftreten, beispielsweise an der Glasabdeckung.