Per Röhrenkollektor effizient Wasser erwärmen

• Was den Röhrenkollektor vom Flachkollektor unterscheidet
• Vakuumröhrenkollektoren: Aufbau und Technik
• In welchem Fall eignen sich Röhrenkollektoren?
• Röhrenkollektoren kaufen: Preis & Förderung
• Der Röhrenkollektor & seine Vorteile und Nachteile
• Häufige Fragen zu Röhrenkollektoren

Solarthermieanlagen nutzen die Energie der Sonne zur Warmwasserbereitung und/oder Heizungsunterstützung. Ihren Kollektoren kommt dabei die Hauptaufgabe zu. Denn sie besitzen eine Absorberschicht, welche die Sonnenstrahlen einfängt und ihre Energie in Wärme umwandelt. Diese wird dann auf die den Kollektor durchströmende Solarflüssigkeit übertragen und gelangt so zum Wärmespeicher.

Dabei lässt es sich nicht vermeiden, dass ein Teil der Wärmeenergie wieder verloren geht. Um den Verlust so gering wie möglich zu halten, benötigt der Absorber eine gute Dämmung. Während bei den am häufigsten verwendeten Flachkollektoren dafür Dämmmaterialien wie Polyurethanschaum oder Mineralwolle zum Einsatz kommen, wird bei Vakuumröhrenkollektoren auf Vakuum als Isolator gesetzt.

So befindet sich der Absorber bei Röhrenkollektoren innerhalb einer Glasröhre, in der ein Vakuum herrscht. Dieses wird hergestellt, indem das Gas aus dem Behälter entfernt, also "evakuiert", wird. Das Herstellen eines Vakuums reduziert die Wärmeverluste in Röhrenkollektoren gegenüber denen im Flachkollektor erheblich. Der Grund: Durch das Vakuum zwischen Absorber und Abdeckplatte ist die Luftbewegung unterbunden. Die Glasrohre münden in mehrere Röhrchen. Diese werden dann über ein Sammelrohr am Rahmen vom Vakuumkollektor mit dem Kollektorkreis verbunden, um die Wärme weiterzugeben.

Röhrenkollektoren gibt es in verschiedenen Ausführungen:

• Bei den direkt durchströmten Kollektoren zirkuliert der Wärmeträger direkt im Glasröhrchen mit dem Absorber. Vorteil dieses Kollektoren-Systems ist, dass die Röhrchen gedreht werden können und somit der Montagewinkel in Grenzen angepasst werden kann. So lässt sich auch bei nicht optimal geneigten Dächern noch ein guter Wirkungsgrad erreichen.
• Eine weitere Form ist der Heatpipe Vakuumröhrenkollektor. Hier durchströmt die Wärmeträgerflüssigkeit das Absorberrohr vom Solarthermie-Kollektor nicht direkt. Stattdessen verdampft im Rohr ein Medium und sammelt sich an dessen oberen Ende. Dort wird die Energie auf den eigentlichen Wärmeträger übergeben und dann über den Solarkreislauf abtransportiert. Der Dampf kühlt ab und sammelt sich wieder unten im Rohr. Damit dies gelingt, ist allerdings bei der Montage ein bestimmter Neigungswinkel erforderlich. Die Neigung kann somit nicht so variabel gestaltet werden wie beim direkt durchströmten Röhrenkollektor.

• Beim CPC Röhrenkollektor sind zwei Glasröhren nach dem Prinzip "Thermoskanne" ausgebildet. Das heißt: Beide Rohre haben unterschiedliche Durchmesser und eine steckt in der anderen. Dabei befindet sich die Absorberschicht auf der inneren der beiden Glasröhren und somit im Vakuum. Die Röhren liegen im CPC Kollektor vor einem Parabolspiegel beziehungsweise einer Reflektorschicht, die das einfallende Licht auf die Röhren gebündelt zurückwirft. So wird auch bei diffusem Licht die Leistung erhöht. Die Bezeichnung CPC-Kollektor ist von der parabolischen Form abgeleitet: Compound Parabolic Concentrator. Liegt der Reflektor außen, ist auch von "Sydney-Röhren" die Rede.

Welche Art Röhrenkollektor für ein Bauvorhaben am besten geeignet ist, ermitteln Fachbetriebe für Solarthermie.

Für den Solarertrag eines Röhrenkollektors relevant ist die Absorberfläche, nicht zu verwechseln mit der Aperturfläche. Der dunkel beschichtete Absorber befindet sich innerhalb des Vakuums. Er erreicht sehr hohe Temperaturen, während aber das umgebende Glas kalt bleibt. Der Absorber ist ein selektiv beschichteter Blechstreifen, der sowohl flach als auch gewölbt sein kann.

Betrachtet man einen Vakuum-Röhrenkollektor als Ganzes, so sieht man mehrere Glasröhren, die nebeneinander auf einem Rahmen angeordnet sind. Es kann sich dabei um bis zu 30 Röhren handeln. Das Glas, aus dem die Röhren gefertigt sind, ist kein Solarglas, wie es bei Flachkollektoren zu Einsatz kommt: Hier wird stattdessen Borsilikatglas verwendet, welches sich durch eine höhere Stabilität auszeichnet. So kommen Röhrenkollektoren auf ein Gewicht von etwa zwischen 10 und 20 kg pro Quadratmeter. Dank ihrer Vakuumröhren und deren Funktionsweise erreichen sie einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent.

Röhrenkollektoren sind eine gute Wahl, wenn eine Warmwasser-Solaranlage und/oder Solarheizung angeschafft werden soll, aber die Dachfläche begrenzt ist. Das Argument der effizienten Platznutzung kann auch dann relevant sein, wenn auf einem Dach sowohl eine Solarthermie- als auch eine Photovoltaikanlage installiert werden soll. Mit ihrem hohen Wirkungsgrad sind Vakuumröhrenkollektoren somit gut geeignet, um ein Wohnhaus – ob Einfamilienhaus oder Mehrfamilienhaus – mit Warmwasser und solarer Heizungsunterstützung zu versorgen.

Zudem arbeitet ein Röhrenkollektor auch bei sehr hohen Betriebstemperaturen noch effektiv. Dies ist nicht nur für die Heizungsunterstützung durch Solarthermie ein Plus, sondern lässt sie sich auch zur Erzeugung von Prozesswärme in der Industrie ausgezeichnet eignen. Des Weiteren kommen Vakuumröhrenkollektoren bei der Solarthermie für Warmwasser, vor allem bei großen Kollektorfeldflächen, zum Einsatz.

Röhrenkollektoren sind etwa 30 Prozent teurer als Flachkollektoren. Sie kosten etwa 400 bis 800 Euro pro Quadratmeter. Für die Montage der Kollektoren ist zusätzlich mit etwa 1.500 bis 2.000 Euro zu rechnen. 

• Sollen sie nur zur reinen Warmwasserbereitung dienen, können Sie von etwa 1 Quadratmeter Kollektorfläche pro Person ausgehen.  
• Geht es auch um die Unterstützung der Heizungsanlage, gilt als Faustregel: 0,8 qm Röhrenkollektorfläche pro 10 Quadratmeter beheizter Wohnfläche.

In beiden Fällen kommen Kosten für die Montage hinzu. Die Anschaffungskosten der Röhrenkollektoren lassen sich durch eine staatliche Förderung für Solarthermie-Anlagen allerdings verringern. 30–70 % beträgt der KfW-Zuschuss bei Anschaffung einer thermischen Solaranlage.

Vorteile von Röhrenkollektoren

• Der größte Vorteil ist der hohe Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent. Denn aufgrund ihrer Funktionsweise kommt es nur zu einem geringen Wärmeverlust. Damit sind auch bei niedrigerer Sonneneinstrahlung, wie sie im Winter oder bei einer für Solarthermie ungünstigen Dachneigung oder Dachausrichtung der Fall ist, gute solare Erträge realisierbar.
• Röhrenkollektoren können sehr hohe Temperaturen erreichen: Der Einsatz zur Heizungsunterstützung bietet sich damit an.
• Sie benötigen relativ wenig Platz und können dadurch flexibel eingesetzt werden. So bietet sich bei Röhrenkollektoren nicht nur die Dach-, sondern auch die Wandmontage an einer Fassade an.

Nachteile von Röhrenkollektoren

• Der Preis ist vergleichsweise hoch. Er liegt etwa 30 % über dem von Flachkollektoren.
• Röhrenkollektoren sind empfindlicher als Flachkollektoren und lassen keine Indach-Montage zu. Sie sind damit verstärkt der Witterung ausgesetzt.

Wenn Sie vor der Entscheidung stehen, ob Flachkollektor oder Röhrenkollektor, sollten Sie daher einige Faktoren wie die zur Verfügung stehende Dachfläche abwägen. Beide Sonnenkollektoren haben ihre Vor- und Nachteile. Welcher Kollektortyp in ihrem Fall der passendere wäre, erfahren Sie von einem auf Solarthermieanlagen spezialisierten Fachbetrieb.