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Flach- oder Röhrenkollektor? Solarkollektoren im Vergleich

Veröffentlicht am 18.07.2022 06:00 | 0 Kommentare
Wegweiser Flachkollektor Röhrenkollektor

Die durchschnittliche Tagesmenge an Sonnenenergie beträgt in Deutschland 2,75 Kilowattstunden pro Quadratmeter. Damit kann eine gut dimensionierte Solaranlage jährlich 50 bis 60 % des Warmwasserbedarfs mit Sonnenenergie abdecken. In Kombination mit anderen Heizsystemen bietet Solarthermie so eine energiesparende und effiziente Wärmeversorgung. Sie möchten die Sonnenstrahlung nutzen und mit einer thermischen Solaranlage Ihr Wasser erwärmen oder die Heizung unterstützen? Bei der Frage nach dem richtigen Kollektor kommt es maßgeblich auf Ihr Vorhaben und die örtlichen Gegebenheiten an.

Inhalt:


Wie sind Solarkollektoren aufgebaut?


Sowohl der Flach- als auch der Röhrenkollektor nutzt die Sonne, um Energie zu erzeugen. Sie unterscheiden sich optisch und technisch deutlich voneinander, der grundlegende Aufbau und das Funktionsprinzip sind jedoch gleich. Beide nehmen die thermische Energie der Sonnenstrahlung

über eine dunkle Absorberfläche auf. Mit Flüssigkeit gefüllte Rohre transportieren diese zum Warmwasserspeicher und laufen von dort wieder zu den Solarthermie-Kollektoren zurück.

Warum sind Absorber schwarz?

Da schwarze Oberflächen besonders viel Solarenergie aufnehmen und diese nicht reflektieren, ist die Absorber-Oberfläche immer dunkel.

Wie sind Flachkollektoren aufgebaut?

Die robusten und langlebigen Flachkollektoren sind die am häufigsten verbauten Kollektortypen. Sie lassen sich schnell montieren und gut in die Dachfläche integrieren. In dem aus Aluminium oder Edelstahl bestehenden Gehäuse sitzt das dunkel beschichtete und meist aus Kupfer gefertigte Absorberblech. Der Absorber nimmt die Wärmestrahlung flächig auf und leitet diese an Kupferrohre mit integrierter Solarflüssigkeit weiter. Sogenanntes Solarglas dient als Abdeckung für das Gehäuse. Dieses Spezialglas ist besonders lichtdurchlässig, schützt vor Niederschlägen und hält die Wärme so lange im Kollektor, bis sich der sogenannte Glashaus-Effekt einstellt. Großflächige Wärmeverluste werden durch die Dämmung der Gehäuse-Unterseite verhindert.

Der Glashaus- oder Treibhaus-Effekt sorgt dafür, dass sich die Absorberbleche und Rohre selbst noch bei niedrigen Außentemperaturen aufheizen.

Aufbau Flachkollektor
Aufbau Röhrenkollektor

Wie ist der Aufbau von Röhrenkollektoren?

Röhrenkollektoren bestehen aus mehreren nebeneinander angeordneten Vakuum-Röhren, die auf einen Metallrahmen montiert sind. Daher werden solche Solarkollektoren als Vakuum-Röhrenkollektor bezeichnet. In jeder der doppelwandigen Glasröhren aus 1,5 bis 3 mm starkem Borsilikat-Glas befindet sich ein Absorber. Durch die optimale Isolierung des Vakuums erreichen Röhrenkollektoren auch bei geringer Sonneneinstrahlung oder diffusem Licht hohe Wirkungsgrade.

Röhrenkollektoren funktionieren aufgrund des Vakuums wie eine Thermoskanne - sie halten die Wärme im Inneren. Das erhöht die Effizienz: denn wo keine Luft ist, kann auch keine Wärme über den Sauerstoff abtransportiert werden. Der Wärmeverlust ist geringer.

Direkte vs. indirekt durchströmte Röhrenkollektoren

Je nach Modell werden die Solarkollektoren mit Röhren entweder direkt oder indirekt von einem Solarmedium durchströmt. Bei den direkt durchströmten Kollektoren zirkuliert die Solarflüssigkeit in den Röhren und wird durch den gesamten Kreislauf der Anlage geleitet. Indirekt durchströmte oder Heatpipe Kollektoren verdampfen das Medium durch

die aufgenommene Wärme. Der Dampf strömt zum Wärmetauscher, gibt dort die Energie an den Pufferspeicher ab und kondensiert wieder. Damit dieser Kreislauf funktioniert, ist ein bestimmter Neigungswinkel von mindestens 25 ° bei der Montage erforderlich.

Wie funktionieren Solarkollektoren?


Solarkollektoren arbeiten alle nach dem gleichen Prinzip: Sonnenstrahlung trifft auf den Kollektor und wird dort von einem Absorber aufgenommen. Dieser gibt die Energie an einen Wärmeüberträger ab. Je nach Kollektortyp besteht dieses Medium aus Luft, Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und Glykol.

Mithilfe einer Regeleinheit und angeschlossenen Pumpe kreist das Solarmedium permanent in den Rohrsystemen der Solarmodule – vom Kollektor zum Wärmespeicher und wieder zurück. Mithilfe eines Wärmetauschers wird die aufgenommene Wärmeenergie an den Pufferspeicher übertragen und dort bis zur Entnahme zurückgehalten.

Funktion einer Solarthermie-Anlage

Leistung von Solarthermie Anlagen


Wieviel Wärme eine Solaranlage aus der erzeugten Energie des Kollektors nutzen kann, hängt unter anderem vom Kollektor-Typ ab. Diese als Solarertrag bezeichnete Nutzungswärme entspricht nicht 1 : 1 der erzeugten Wärmeenergie.

In jeder Solaranlage kommt es an Verbindungsteilen wie dem Pufferspeicher, dem Wärmetauscher und den Leitungen zu Wärmeverlusten. Diese Verluste verringern die Effizienz der Solarthermie Anlage.

Was ist der Solarertrag?

Der Solarertrag ist abhängig von der jährlichen Sonneneinstrahlung. Diese ist von Standort zu Standort verschieden und nicht überall in Deutschland gleich hoch. Für den Solarertrag ebenfalls wichtig ist die Neigung und Ausrichtung des Daches, der Wirkungsgrad der Kollektoren sowie die thermische Isolierung des Speichers.

Wie ist die Energieeffizienz von Flachkollektoren?

Unter typischen Betriebsbedingungen liegt der Wirkungsgrad von Flachkollektoren bei rund 60 Prozent und damit unter dem von Vakuum-Röhrenkollektoren. Wie groß die Leistungsdifferenz tatsächlich ist, hängt stark von den äußeren Bedingungen ab. So nimmt der Wirkungsgrad eines Flachkollektors bei höheren Temperaturen deutlich ab. Ein großer Temperaturunterschied zwischen Außenluft und Absorber führt ebenfalls zu hohen Wärmeverlusten und damit zu einer niedrigeren Effizienz. Auch starke Winde wirken sich negativ auf die Anlagenleistung aus. Sie transportieren einen Teil der Wärme von der Kollektoroberfläche ab.

Welche Leistung haben Vakuumröhrenkollektoren?

Vakuumröhrenkollektoren besitzen einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent. Damit erzielen sie auch bei geringerer Sonneneinstrahlung, diffusem Licht oder einer ungünstigen Dachausrichtung höhere Erträge pro Quadratmeter. Aufgrund der guten Wärmedämmung des Vakuums werden Wärmeverluste minimiert. So sinkt der Wirkungsgrad auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen, beispielsweise im Winter, weniger stark ab.

Was gibt der Wirkungsgrad eines Solarkollektors an?

Der Wirkungsgrad eines Kollektors gibt an, wieviel Prozent der auftreffenden Sonnenenergie in nutzbare Wärme umgewandelt wird. Dieser ist der Stärke der Sonneneinstrahlung, der Umgebungstemperatur des Kollektors sowie der Temperatur des Wärmeträgers abhängig und damit keine stabile Größe.

Die Vor- und Nachteile der beiden Kollektorarten


Vorteile Nachteile
Flachkollektor
  • günstig in der Anschaffung
  • hauptsächlich für Warmwasserbereitung
  • leichte Dachmontage
  • vollständig integrierbar
  • langlebig & robust
  • einfach zu reinigen
  • hohe staatliche Förderung
  • benötigen mehr Dachfläche für gleiche Leistung
  • bei Defekten meist kompletter Austausch notwendig
  • größere Wärmeverluste
Röhrenkollektor
  • für Warmwasser und Heizungsunterstützung
  • einzelne Röhren lassen sich schnell tauschen
  • optimale Einrichtung durch flexible Montage
  • geringer Platzbedarf
  • hoher Ertrag bei niedrigen Außentemperaturen
  • funktioniert auch bei Ausfall einzelner Röhren
  • teuer in der Anschaffung

Kosten Solaranlage

Was kostet eine Solaranlage?


Die anfallenden Investitionskosten für Solarthermie variieren je nach Leistung, Kollektorart und Anlagengröße. Auch das benötigte Zubehör wie Speicher, Verrohrung, Solarstation und die Installation müssen in der Berechnung berücksichtigt werden. Den Preis bestimmt vor allem die Entscheidung, ob die Solarthermie nur für das Warmwasser oder auch zur Heizungsunterstützung genutzt werden soll. Je mehr Leistung benötigt wird und je mehr Personen im Haushalt leben, desto größer ist die erforderliche Kollektorfläche.

Unsere Fachberater planen gerne gemeinsam mit Ihnen Ihre neue Solarthermie-Anlage oder optimieren bereits bestehende Systeme. Lassen Sie sich Ihr individuelles Angebot machen oder nutzen Sie unsere Komplettsets, bei denen bereits alle Komponenten enthalten sind.

Planungsgrundlage

Für die Warmwasserbereitung müssen pro Person etwa 1 bis 1,5 Quadratmeter Kollektorfläche und ein Solarspeicher von etwa 80 Liter eingeplant werden. Wird die Anlage zusätzlich zum Heizen genutzt, erhöht sich die Kollektorfläche auf etwa drei bis vier Quadratmeter. Auch der Pufferspeicher muss dann in der Größe angepasst werden. Außerdem gilt: Je schlechter Ihr Haus gedämmt ist, desto mehr Kollektorfläche wird benötigt.

Die Kosten für Inbetriebnahme & Wartung der Solarthermie

Flachkollektoren sind aufgrund ihres verhältnismäßig einfachen Aufbaus preiswerter als Vakuumkollektoren und kosten im Durchschnitt ab 300 Euro pro Quadratmeter. Die Preise für Vakuumröhrenkollektoren variieren je nach Fläche und Menge der verbauten Röhren stark im Preis. Im Schnitt zahlen Sie für Röhrenkollektoren etwa 600 Euro pro Quadratmeter. Sind Sie nicht vom Fach, müssen auch die Installationskosten mit einkalkuliert werden.

Abhängig davon ob Sie eine Heizungsunterstützung planen oder nicht, belaufen sich die Kosten auf circa 1.500 Euro. Zusätzlich sind die jährlichen Strom- und regelmäßig anfallenden Wartungskosten nicht zu vernachlässigen. Als Richtwert gilt: Die Kosten für Solarthermieanlagen betragen pro Jahr etwa 1,5% des Anschaffungspreises.

Richtwert

Die Kosten für Solarthermieanlagen betragen pro Jahr etwa 1,5% des Anschaffungspreises.

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