Thermische Solaranlage: Röhren- oder Flachkollektor?

Die Flachkollektoren sind oberhalb der Photovoltaikfläche angebracht. Man erkennt sie an der Wasserleitung, die von der rechten unteren Ecke der Kollektoren ins Dach zur Heizung führt. Foto: Horst Schmidt / stock.adobe.com

In Deutschland ist der sogenannte Flachkollektor weit verbreitet. Die Sonnenstrahlen treffen auf eine Glasplatte, darunter befindet sich der Absorber aus Metall, der die Wärme flächig aufnimmt und an eine Kupferspirale weiterleitet, in der sich das Wärmemittel, eine frostsichere Flüssigkeit, befindet. Auf der Unterseits des Flachkollektors schützt Dämmmaterial vor Wärmeverlusten.

Ein oder zwei solcher Kollektoren reichen aus, um das Brauchwasser eines Privathaushalts zu erwärmen. Um auch die Heizung zu unterstützen, werden je nach Heizbedarf, Hausgröße und Dämmstandard etwa drei bis fünf Quadratmeter Kollektorfläche pro Person oder ein Kollektor pro 40 Quadratmeter Wohnfläche benötigt.

Vorteile von Flachkollektoren

• relativ gutes Preis-Leistungs-Verhältnis
• einfache Montage
• robust und langlebig

Nachteile von Flachkollektoren

• Durch einen vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad ist mehr Fläche nötig als bei anderen Kollektorsystemen.
• Relativ hohes Gewicht. Eine Installation sollte deswegen vom Architekten oder Statiker geprüft werden.

Kosten

Flachkollektoren mit einer Fläche von zwei Quadratmetern kosten 300 bis 600 Euro. Dazu kommen noch weitere Installationskosten, die aber bei allen Kollektortypen ähnlich hoch sind. Wie hoch genau, das hängt von vielen Faktoren ab, etwa wie aufwändig die Installation ist, ob die Solarthermie in ein bestehendes System integriert werden soll oder ob ein komplettes Heizsystem installiert wird.

Die Absorber sind bei den Röhrenkollektoren nicht unter einer Glasscheibe sondern in Glasröhren aufbewahrt. Foto: digital-designer / stock.adobe.com

Beim Röhrenkollektor steckt man den Absorber in eine luftleere Glasröhre, weswegen Röhrenkollektoren auch Vakuumröhrenkollektoren genannt werden. Das hat den Vorteil, dass kaum Verluste bei der eingesammelten Wärme auftreten, weil sie nicht an die Umgebungsluft abgegeben werden kann. Zudem gestattet es dieses Prinzip, auch diffuse Sonnenstrahlung gut einzufangen. Röhrenkollektoren können deswegen auch senkrecht an eine Hausfassade angebracht werden.

Zusätzlich kann man sogenannte Heatpipes zuschalten. Dadurch wird die Sonnenenergie doppelt genutzt: In Röhren wird eine Flüssigkeit, beispielsweise Methanol, erhitzt. Es verdampft, kondensiert wieder und gibt dabei Wärme ab, die sie wiederum zur Erhitzung von Heiz- und Brauchwasser genutzt werden kann.

Dieser technische Aufwand führt dazu, dass die Ausbeute beim Röhrenkollektor gegenüber einem Flachkollektor vor allem im Frühling, Herbst und Winter deutlich höher ist. Vakuumröhrenkollektoren eignen sich zudem besonders gut für Dächer, die von der Südlage abweichen oder klein sind, denn bei gleicher Leistung benötigen Röhrensammler Herstellerangaben zufolge etwa ein Drittel weniger Fläche und weisen eine höhere Lebensdauer auf.

Es gibt einige Varianten von Röhrenkollektoren, die die Vor- und Nachteile verstärken:. Diese Kollektoren sind noch leistungsfähiger, aber auch teurer als andere Röhrenkollektoren.

• Sydney-Doppelglas-Kollektoren: Die Kollektoren sind wir eine Thermoskanne aufgebaut. Zwischen einer doppelten Glaswand herrscht ein Vakuum, im Innern wird die Wärme weitergeleitet. Das Vakuum dient als Dämmschicht.
• Compound Parabolic Concentrator (CPC): Durch Spiegel werden Sonnenstrahlen eingefangen, gebündelt und auf den Absorber gerichtet. CPC-Kollektoren sind dadurch vor allem bei schwacher Sonnenstrahlung deutlich effizienter als Flachkollektoren.

Vorteile von Röhrenkollektoren

• sehr hoher Wirkungsgrad
• selbst an Fassaden installierbar
• relativ wenig Kollektorfläche benötigt

Nachteile von Röhrenkollektoren

• relativ hohe Kosten

Kosten

600 bis 800 Euro pro Kollektor. Die verfügbaren Kollektorgrößen variieren hier stärker als bei Flachkollektoren, bei denen es Standardmaße gibt. Entscheidend ist aber ohnehin eher die Anzahl der Röhren, also die Fläche, auf die Sonne einstrahlen kann und weniger die Gesamtmaße eines Moduls.

Luftkollektoren ähneln Flachkollektoren, doch wird hier kein Wärmemittel oder Wasser erwärmt, sondern eben Luft, die dann auch direkt ins Haus geleitet wird. Mit solchen Kollektoren kann also kein Brauchwasser erwärmt werden, sondern es handelt sich um ein eigenständiges, luftbasiertes Heizsystem.

Weil die Kraft der Sonne im mitteleuropäischen Winter üblicherweise nicht ausreicht, um ein Haus alleine zu beheizen, dient eine Solarheizung üblicherweise nur der Entlastung eines anderen Heizsystems. Flach- oder Röhrenkollektoren eignen sich gut dazu, weil sie sich in den Heizkreislauf von beispielsweise einer Gasheizung integrieren lassen. Bei Luftkollektoren sieht das anders aus, hier müssten zwei eigenständige Heizsysteme parallel betrieben werden. Insofern kommen Luftkollektoren vor allem dort zum Einsatz, wo sie eigenständig betrieben werden können: in wärmeren Regionen oder bei Freizeithäuschen.

Vorteile von Luftkollektoren

• Mit Bastelgeschick lassen sich kleinere Anlagen auch selbst bauen, etwa um eine Gartenhütte zu beheizen.
• Fassadeninstallation möglich.
• wartungsarm

Nachteile von Luftkollektoren

• Relativ niedriger Wirkungsgrad von 50 bis 75 Prozent
• Keine Speicherung möglich
• Lässt sich schlecht mit anderen Heizsystemen kombinieren

Kosten

Ein Luftkollektor kostet je nach Leistung zwischen 200 und mehreren 1.000 Euro. Für eine Gartenhütte beziehungsweise einzelne Räume reichen oft die günstigen Varianten aus.

Hybridkollektoren können die Sonnenergie nutzen, um sowohl Strom als auch Wärme zu erzeugen. Foto: Solink

Hybridkollektoren vereinen Solarthermie und Photovoltaik. Es wird also sowohl Heiz- als auch elektrische Energie erzeugt. Durch die doppelte Nutzung der Fläche sinkt allerdings der Wirkungsgrad. Sie kommen also nur bei geringem Platzbedarf zum Einsatz und selbst dann sollten sich Eigentümer gut beraten lassen, ob es nicht sinnvoller wäre, sich für eine spezifische Variante zu entscheiden.

Vorteile von Hybridkollektoren

• relativ geringer Platzbedarf für die Erzeugung von Strom und Warmwasser

Nachteile von Hybridkollektoren

• Der Wirkungsgrad ist geringer als bei spezifischen Modulen

Kosten

Hybridkollektoren gibt es schon für etwa 300 Euro bei einer Kollektorfläche von zwei Quadratmetern.

Das Wasser wird auf dem Dach gespeichert und direkt vor Ort erwärmt. Solche Thermo-Siphon-Kollektoren kommen in Deutschland kaum zum Einsatz, denn bei Frost sind sie nicht zu gebrauchen. Foto: sea and sun / stock.adobe.com

Thermo-Siphon-Kollektoren gibt es in Mitteleuropa sehr selten, im Mittelmeerraum werden sie allerdings eingesetzt. Das Wasser wird über die Kollektoren direkt erhitzt und auf dem Dach gespeichert. Kühlt es ab, sinkt es im Speicher nach unten und kann dort erneut erhitzt werden, wodurch es wieder aufsteigt. Das Problem: Bei Frost funktioniert das System nicht mehr, beziehungsweise müsste aufwendig geschützt werden.

Vorteile von Thermo-Siphon-Kollektoren

• Einfacher Aufbau, einfache Funktionsweise.
• Ein sehr wartungsarmes System.
• Kein zusätzlicher Speicher notwendig.

Nachteile von Thermo-Siphon-Kollektoren

• Nicht für Gegenden geeignet, in denen es Frost geben kann.

Kosten

Je nach Speichergröße und Leistungsfähigkeit wenige hundert bis über 1.000 Euro.

Solarthermie hat zumindest in unseren Breitengraden einen Haken: Im Winter, wenn man die meiste Wärme braucht, ist die Sonnenstrahlung am schwächsten. Solarheizungen sind deshalb in der Regel eine Ergänzung zu einem anderen Heizungssystem.

Was den eingesetzten Kollektor angeht, ist die Auswahl am Ende dann doch relativ eingeschränkt. Zur Wahl stehen in erster Linie Flach- und Röhrenkollektoren. Wer Platz auf einem nach Süden hin ausgerichteten Steildach hat, wird sich in den meisten Fällen für Flachkollektoren entscheiden, alle anderen werden eher zum Röhrenkollektor greifen. Die weiteren Kollektorvarianten sind nur für ganz spezifische Fälle empfehlenswert.