Kollektoren für Solarthermie: Arten & Vorteile

Umweltfreundliches Heizen und die Aufbereitung von Warmwasser werden immer beliebter. Eine effektive Methode dafür ist die Solarthermie, die Sonnenenergie zur Wärmeerzeugung nutzt. Hierbei werden Kollektoren eingesetzt. Wir stellen Ihnen die unterschiedlichen Arten vor.

Das Wichtigste in Kürze

• Kollektoren sammeln über Absorber die Energie der Sonnen ein.

• Dabei kommen vorwiegend zwei Kollektortypen zum Einsatz: Flach- oder Röhrenkollektoren. Beide Varianten erhalten eine Bundesförderung durch das BAFA.

• Den besten Wirkungsgrad erzielen Röhrenkollektoren, günstiger sind aber Flachkollektoren.

Grundlagen der Solarthermie kurz erklärt

Mit der Energie der Sonne Wärme erzeugen, das ist kurz gesagt die Funktion von Solarthermie. Hierfür besteht solch eine Anlage aus einem Kollektor, einer Solarflüssigkeit, einem Wärmespeicher, einem Wärmetauscher und einem Regelungssystem. Der Kollektor sammelt die Sonnenstrahlen und mithilfe eines Absorbers wird die Strahlung in Wärme umgewandelt. Dieser Absorber befindet sich in einem gedämmten Kasten oder in Röhren. Die Wärme wird an ein Wärmeträgermedium übertragen – meist ein Gemisch aus Wasser und dem Frostschutzmittel Glykol. Die Wärme kann dann für die Warmwasserbereitung oder zum Heizen genutzt werden.

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Solarthermieanlagen und Solaranlagen dienen unterschiedlichen Zwecken. Mit einer Solaranlage erzeugen Sie Strom, während Solarthermie zur Erwärmung von Wasser und als Heizungsunterstützung dient.

Arten von Solarkollektoren

Wer eine Solarthermieanlage betreibt, kann unterschiedliche Kollektoren nutzen, um Wärme aus Sonnenstrahlen zu gewinnen. Dabei nutzen alle Varianten das gleiche Funktionsprinzip, arbeiten aber auf unterschiedliche Art und Weise. Diese Kollektortypen gibt es:

• Flachkollektoren

• Röhrenkollektoren

• Luftkollektoren

• Hybridkollektoren

• Unverglaste Kollektoren

In Deutschland nutzt man für eine Solarthermieanlage in der Regel nur zwei dieser Sonnenkollektoren: Flach- oder Röhrenkollektoren.

Bei einem Flachkollektor ist die Kollektorfläche – auch Absorberfläche genannt – flach und eben. Eine Abdeckung aus Glas und ein passendes Gehäuse schützt die Fläche. Dieser Kollektortyp ist die am häufigsten anzutreffende Ausführung.

Röhrenkollektoren bestehen aus mehreren Vakuumröhren und jedes dieser Rohre hat einen eigenen Absorber. Durch das Vakuum wird eine besonders gute Isolierung innerhalb des Systems erzeugt.

Luftkollektoren nutzen Luft als Wärmeträger und unterscheiden sich damit deutlich von allen anderen Kollektortypen, die Wasser und ein Frostschutzmittel verwenden. Die Sonne erwärmt die Luft direkt im Kollektor, die dann ins Gebäude transportiert werden. Sie erzeugen somit nicht nur Solarwärme, sondern können auch für ein gutes Raumklima sorgen, da Sie das Haus mit frischer Luft versorgen. Der Wirkungsgrad erreicht einen Wert zwischen 50 und 75 Prozent.

Hybridkollektoren oder Photothermiekollektoren (PVT) sind eine Kombination aus Solarthermie und Photovoltaik, wodurch Sie neben Wärme auch Strom erzeugen können. Als Wärmeträger nutzen die Kollektoren Solarflüssigkeit oder Luft. Der Absorber ist bei diesem System unter einem Photovoltaik-Modul angebracht. Der Wirkungsgrad für die Solarthermie liegt bei rund 65 Prozent und für die elektrische Energie durch die Solaranlage bei etwa 15 Prozent.

Unverglaste Kollektoren sind nur für wenige Bereiche geeignet – oft als Pool-Heizung. Diese Variante besteht aus Matten oder Schläuchen, durch die Poolwasser strömt und sich dort durch Sonnenwärme erwärmt. Das warme Wasser fließt wieder zurück in den Pool.

Aufbau eines Flachkollektors

Ein Flachkollektor besteht aus einem dunkel beschichteten Absorber – vorwiegend ein Absorberblech aus Kupfer. Verbunden ist der Absorber mit einem System aus Kupferröhren, durch die die Solarflüssigkeit fließt. Die Abdeckung des Flachkollektors ist aus Solarglas gefertigt, das sehr robust und lichtdurchlässig ist und den Absorber vor Regen, Hagel und Schmutz schützt. Eine weitere Aufgabe der Abdeckung ist es, die die Wärme im Kollektor zu halten – ähnlich wie in einem Treibhaus. Damit Wärmeverluste in der Anlage reduziert werden, ist der Solarkollektor mit Mineralwolle oder PU-Dämmstoff gedämmt.

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Der Wirkungsgrad eines Flachkollektors liegt zwischen 60 und 85 Prozent.

Aufbau eines Vakuumröhrenkollektors

Ein Röhrenkollektor ist aus mehreren Röhren aus Borsilikatglas. Über einen Sammler werden die einzelnen Rohre zum Vakuumröhrenkollektor miteinander verbunden. Jedes Rohr umschließt einen Absorber, der aus einem beschichteten Absorberblech besteht. Durch das Vakuum in den Rohren wird die Wärmedämmung verstärkt und die Wärmeverluste reduziert. Ferner umschließt der Absorber ein u-förmiges Kupferrohr, durch das die wärmeübertragende Flüssigkeit fließt. Der Wirkungsgrad von Vakuumröhrenkollektoren liegt bei bis zu 90 Prozent und ist in der Regel 20 Prozent höher als der von Flachkollektoren.

Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Solarkollektoren

Je nach Kollektortyp ergeben sich Vor- und Nachteile der einzelnen Aufbauten, die wir Ihnen in einer übersichtlichen Tabelle zusammenstellen:

Auswahl des richtigen Kollektors

Wer Sonnenenergie für seine Heizung oder Warmwasser nutzen möchte, verwendet entweder Flach- oder Röhrenkollektoren, da diese die besten Wirkungsgrade bieten. Aber worauf kommt es bei der Wahl des Kollektors an? Zunächst müssen Sie sich überlegen, wofür Sie Ihre Solarthermieanlage nutzen möchten. Ist der hauptsächliche Einsatz die Bereitstellung von Warmwasser, dann reichen Flachkollektoren normalerweise aus. Möchten Sie die Anlage zur Heizungsunterstützung verwenden, dann sind Vakuumröhrenkollektoren oft besser geeignet – insbesondere in kälteren Regionen.

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Möchten Sie zusätzlich Strom erzeugen, bieten sich Hybridkollektoren an, die Solarkollektoren mit Photovoltaik-Modulen verbinden.

Bei der Auswahl spielt auch die Region eine Rolle, in der Sie wohnen. Bei milden Wintern mit viel Sonne bieten sich Flachkollektoren an – da dies in vielen Bereichen Deutschlands der Fall ist, ist dieser Kollektortyp der beliebteste hierzulande. Welche Variante sich bei Ihnen anbietet, hängt auch von der verfügbaren Dachfläche sowie der Neigung und Ausrichtung des Daches ab. 

Haben Sie viel Platz, können Sie zu den günstigeren Flachkollektoren greifen. Gleiches gilt für eine Südausrichtung des Daches mit einem Neigungswinkel von 30 bis 45 Grad. Bei abweichenden Bedingungen sind Vakuumröhrenkollektoren sinnvoller.

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Beide Kollektortypen können über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) gefördert werden, wenn sie zur Heizungsunterstützung dienen. Den Antrag zur Förderung können Sie direkt beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) stellen.