Kollektoren einer solarthermischen Anlage Skip to main content

Solaranlage

Solarkollektoren

Absorber?
Flachkollektor?
Röhrenkollektor?

Solarkollektoren für Solarthermie

Funktionsweise und Bestandteile

Sonnenkollektoren wandeln Sonnenstrahlen in Wärme um. Die Sonnenwärme wird über ein Wärmeträgermedium in einen Speicher geleitet, der zur Warmwasseraufbereitung, Heizungsunterstützung oder zur Schwimmbaderwärmung genutzt wird.

Das Kernelement eines jeden Sonnenkollektors ist der Absorber. Dieser besteht meistens aus mehreren schmalen Metallstreifen (Kupfer/Aluminium) die mit einem Wärmeträgerrohr verbunden sind, durch das ein Wärmeträgermedium geleitet wird. Das Wärmeträgermedium ist meist eine spezielle Solarflüssigkeit, aber auch Wasser und Luft sind möglich.
Absorber sind in der Regel schwarz und mit einer selektiven Beschichtung versehen, um einen hohen Anteil der Sonnenstrahlung aufzunehmen und diese in Wärme umzuwandeln. Übliche Beschichtungen sorgen für einen Absorptionsgrad von über 90%. Die Oberfläche ist mit einem speziellen Glas abgedeckt, sodass die Abstrahlverluste reduziert werden und möglichst wenig Wärme verloren geht.

Die verschiedenen Kollektorarten für Solaranlagen

Der Flachkollektor

Flachkollektor zur Wärmeerzeugung

Die mit 90% am häufigsten vertretene Kollektorart ist der Flachkollektor. Dieser liegt im Preis-Leistungs-Verhältnis vor den anderen Varianten und bietet eine breite Palette an Montagemöglichkeiten, wie eine Installation Indach, Aufdach und als Freiaufstellung. Auch der Wirkungsgrad des Flachkollektors ist gut, nimmt jedoch bei höheren Temperaturen ab. Für den häuslichen Bereich ist der Abfall des Wirkungsgrades bei höheren Temperatur für die Heizungsunterstützung und Warmwasseraufbereitung kein Hindernis. Gerade in den Sommermonaten und in der Übergangszeit zum Winter leistet diese Kollektorart gute Beiträge mit geringen Abstrahlverlusten. In den einzelnen Kupferrohren, aus denen der Kollektor besteht, fließt eine Solarflüssigkeit, die die produzierte Wärme zur weiteren Verwendung zum Speicher transportiert.

Der Röhrenkollektor

Röhrenkollektor für die Solarthermie

Wie beim Flachkollektor werden die einzelnen Rohre mit einer Solarflüssigkeit durchströmt, mit dem Unterschied, dass die Röhren von einem Vakuum umgeben sind. Dies hat den Vorteil, dass durch das umgebene Vakuum deutlich weniger Wärme nach außen verloren geht und so ein Effekt wie bei einer Thermoskanne entsteht. Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten, wie ein Röhrenkollektor aufgebaut sein kann. Zum einen kann die Wärmeflüssigkeit den Absorber direkt durchströmen und die Wärme direkt in den Speicher leiten, oder die Solarflüssigkeit wird im Heatpipe-Verfahren durch eine weitere Flüssigkeit indirekt erwärmt. Gerade bei hohen Temperaturunterschieden zwischen der Umgebung und dem Absorber ist der Wirkungsgrad eines Röhrenkollektors höher als bei einem Flachkollektor. Der große Nachteil der Röhrenkollektoren ist, dass durch die aufwendige Produktion auch der Preis für den Endkunden steigt.

Weitere Kollektorarten

Neben den gängigen Flach- und Röhrenkollektoren gibt es noch weitere Varianten, die die Raumluft oder Schwimmbäder erwärmen, oder Strom bereitstellen können. Da die Trägermedien Luft und Wasser die Wärme nicht so gut transportieren können und z.B. beim Luftkollektor durch den Einsatz von Ventilatoren zusätzlich Strom benötigt wird, haben sich diese Arten von Kollektoren nicht als allgemeines Mittel zur Heizungsunterstützung oder Warmwasseraufbereitung durchsetzen können.

Darüber hinaus gibt es noch die Möglichkeit, Hybridkollektoren zu nutzen, die sowohl für Photovoltaik als auch zur Solarthermie genutzt werden können, sowie Speicherkollektoren, die direkt mit einem eigenen Speicher ausgestattet sind. Beide Varianten sind jedoch selten in Deutschland vertreten, da verschiedene Umstände die Wirtschaftlichkeit der Kollektoren nicht gewährleisten.

Effizienz eines Sonnenkollektors für thermische Solaranlagen

Der Konversionsfaktor eines Sonnenkollektors errechnet sich durch die auftreffende Sonnenenergie und die davon nutzbare thermischen Energie. Er darf nicht mit dem Wirkungsgrad verwechselt werden, da bei diesem noch Wärmeverluste, z.B. beim Speicher, mit einbezogen werden. Der Wirkungsgrad eines Kollektors ist zudem von der Temperatur abhängig. Da Wärmeverluste auftreten können, sollte der Kollektor wärmer als die Umgebungstemperatur sein. 
Wärmeverluste werden durch den Energieverlust in W pro m² Kollektorfläche und °C Temperaturdifferenz zwischen dem Absorber und der Umgebung berechnet. Ab einer bestimmten Differenz sind die Wärmeverluste gleich dem Energieertrag des Kollektors. Daraus resultiert das Ergebnis, dass keine Energie mehr an den Solarkreislauf geliefert wird.

Auf einen Blick

Es sollte aufgrund der verschiedenen Kollektorarten genau hinterfragt werden, zu welchem Zweck ein Kollektor eingesetzt werden soll. Während der häufig vertretene Flachkollektor durch die preiswerten Anschaffungskosten, der breiten Palette an Montagemöglichkeiten, sowie einem ausreichenden Wirkungsgrad als allgemeine Lösung akzeptiert wird, ist ein Röhrenkollektor durch die vergleichsweise niedrigen Wärmeverluste eine gute Alternative.

Fragen?

Für die richtige Wahl eines Kollektors müssen bestimmte Standortfaktoren, wie Einstrahlungswerte, Witterungsverhältnisse und das Platzangebot berücksichtigt werden, um den eigenen Bedürfnissen gerecht zu werden. Um den richtigen Kollektor zu finden ist die Beratung durch einen Installateur essentiell.

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