Flachkollektor - Aufbau, Funktion & Wirkungsgrad

Flachkollektoren halten seit langem den größten Marktanteil im deutschen Solarthermie-Markt: der Flachkollektor weist im Vergleich der Solarthermie Kollektoren eine gute Mischung aus einfachem und robustem Aufbau, effektiver Wirkung und geringen Systemkosten auf. Flachkollektoren kommen vor allem bei der Warmwasserbereitung zum Einsatz, aber auch bei der Heizungsunterstützung in Kombianlagen ist der Flachkollektor oft auf den Hausdächern zu sehen.

Schnitt durch einen Flachkollektor | Bild: Bosch Thermotechnik GmbH

Der Flachkollektor Aufbau

Ein Flachkollektor besteht aus dem Absorber, dem Kollektorgehäuse, einer Abdeckplatte - auch "Solarglas" genannt - und einer Wärmedämmung. Der Absorber ist das Kernstück des Kollektors. Das beschichtete Absorberblech, das oft aus Kupfer-, Aluminium oder auch Glas besteht, wandelt die Einstrahlung in Wärme um. Die Beschichtung sorgt dafür, dass möglichst viel Wärme aufgenommen (hohes Absorptionsvermögen), aber möglichst wenig Wärme wieder abgestrahlt wird (geringer Emissionsgrad). Hier sind zum Beispiel galvanische Beschichtungen möglich, oder die Beschichtung wird aufgedampft.

Die Wärmedämmung auf der Rückseite und den Seitenflächen des Gehäuses verhindert Wärmeverluste. Die Wärme wird über die Solarflüssigkeit im Solarkreislauf weiter vom Flachkollektor bis zum Speicher transportiert. Die Solarfüssigkeit setzt sich meist aus Wasser und einem Anteil an Frostschutzmittel zusammen. Die Anforderungen an einen Speicher sind vom Solarthermiesystem abhängig - ein Solarthermie Speicher einer Anlage zur Warmwasserbereitung muss andere Anforderungen erfüllen als der Solarspeicher einer Kombianlage zur Heizungsunterstützung.

Der Flachkollektor Wirkungsgrad verändert sich bei unterschiedlichen Bedingungen

Bilder: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg / ITW

Wichtige Kenngrößen für einen Flachkollektor sind der Wirkungsgrad und das Ausmaß der Wärmeverluste. Es treten optische Verluste und thermische Verluste auf. Optische Verluste setzen sich aus Reflexion oder Absorption der Sonnenstrahlen an der Glasabdeckung, einer Reflexion der Strahlung am Absorber oder allgemeiner Wärmeemission der einzelnen Bauteile zusammen. Thermische Verluste, zum Beispiel durch Konvektion, treten auf, wenn der Flachkollektor höhere Temperaturen als seine Umgebung aufweist.

Der Wirkungsgrad oder Konversionsgrad gibt verkürzt gesagt an, wieviel Prozent der auftreffenden Sonnenenergie in von den Flachkollektoren in nutzbare Wärme gewandelt wird. Der Wirkungsgrad ist keine stabile Größe, sondern von variablen Umweltbedingungen abhängig - beispielsweise sinkt der Wirkungsgrad bei steigender Umgebungstemperatur. Hier ist ein genauer Vergleich zwischen verschiedenen Flachkollektoren notwendig, da diese Werte bei unterschiedlichen Anbietern deutlich variieren können.

Dient die Solarthermie zur Warmwasserbereitung oder als Solar Heizung, welche auch die Raumheizung unterstützt? Wie hoch ist das Investitionsvolumen? Fachbetriebe für Solarthermie unterstützen bei der Wahl zwischen Flachkollektor und Vakuumröhrenkollektor und beraten zu allen Fragen zu Aufbau und Installation.