Vakuumkollektoren: für geringe Solarthermie-Wärmeverluste

17. Juni 2021
Ein Röhrenkollektor, auch Vakuumröhrenkollektor genannt, arbeitet ähnlich wie ein Flachkollektor. Röhrenkollektoren sind aber anspruchsvoller im Preis. Dafür sind durch den speziellen Aufbau die Wärmeverluste niedriger und der Wirkungsrad höher als bei den preisgünstigeren Flachkollektoren. Wir zeigen Ihnen, was Röhrenkollektoren kosten und welche Förderung es gibt. Erfahren Sie die Vor- und Nachteile von Röhrenkollektoren und finden Sie Antworten auf häufig gestellte Frage zu diesen Solarkollektoren.
Dieser Artikel wurde von
Gina Doormann für www.Solaranlagen-Portal.com verfasst.
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SolarthermieKollektorenRöhrenkollektor

Inhalt

Der Röhrenkollektor – Vakuumröhrenkollektoren im Überblick

Heatpipe Kollektor | Abbildung: Viessmann Werke

Die Vakuumröhrenkollektor-Funktion ist bis ins Detail durchdacht. In Röhrenkollektoren ist der Absorber nicht der Luft ausgesetzt – die Absorberflächen befinden sich in mehreren Röhren, in denen 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 im Gegensatz zu einem 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 Röhrenkollektor mit dem Kollektorkreis verbunden, um die Wärme weiterzugeben.

Zudem arbeitet ein Vakuumröhrenkollektor auch bei sehr hohen Betriebstemperaturen noch effektiv. Dies ist nicht nur für die Heizungsunterstützung durch Solarthermie ein Plus – auch zur Erzeugung von Prozesswärme in der Industrie eignen sich Röhrenkollektoren ausgezeichnet. Aber auch bei der Solarthermie für Warmwasser finden sich Röhrenkollektoren, vor allem bei großen Kollektorfeldflächen.

Vakuumröhrenkollektoren – direkt durchströmt, Heatpipe Kollektor & CPC Kollektor

Röhrenkollektoren gibt es in verschiedenen Ausführungen.

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

Schnittbild verschiedener Röhrenkollektoren | Bild: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg

  • Beim CPC Kollektor sind zwei Glasröhren als "Thermoskanne" ausgebildet. Beide Rohre haben unterschiedliche Durchmesser und das eine steckt in dem anderen. Dabei befindet sich der Absorber 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.

Röhrenkollektoren: Aufbau und Technik

Bei Röhrenkollektoren handelt es sich um Vakuum-Röhrenkollektoren. Dabei befindet sich der Absorber innerhalb einer Glasröhre, in der wiederum ein Vakuum herrscht. Das Vakuum sorgt für geringe Wärmeverluste.

Die Vakuum-Röhrenkollektoren sind in den Bauformen

  • mit direkter Durchströmung
  • mit indirekter Durchströmung
  • mit Heat-Pipe-Technik

verfügbar.

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.

Röhrenkollektor | Abbildung: Bosch Thermotechnik GmbH

Betrachtet man einen Röhren-Solarkollektor 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, das bei Flachkollektoren zu Einsatz kommt: Hier wird stattdessen Borsilikatglas verwendet, das sich durch höhere Stabilität auszeichnet. Das Gewicht von Röhrenkollektoren liegt etwa zwischen 10 und 20 kg pro Quadratmeter. Röhrenkollektoren zeichnen sich überdies durch einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent aus.

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In welchem Fall eignen sich Solar-Röhrenkollektoren?

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

Röhrenkollektoren auf einem Hausdach | Abbildung: AdobeStock_Studio Harmony

Röhrenkollektoren kaufen: der Preis

Röhrenkollektoren sind etwa 30 Prozent teurer als Flachkollektoren. Sie kosten etwa 400 bis 800 Euro pro Quadratmeter. Für die Montage ist zusätzlich mit etwa 1.500 bis 2.000 Euro zu rechnen. Für die Warmwasserbereitung kann man von etwa einem Quadratmeter Kollektorfläche pro Person ausgehen. Geht es um die Heizungsunterstützung, gilt als Faustregel 0,8 qm Röhrenkollektorfläche pro 10 Quadratmeter beheizter Wohnfläche.

Rechenbeispiel Röhrenkollektoren Kosten

Eine vierköpfige Familie möchte eine Solarthermieanlage mit Röhrenkollektoren auf ihrem 120 qm großen Einfamilienhaus installieren.

  • Für reine Warmwasserbereitung mit Solarenergie benötigt sie ca. 4 qm Kollektorfläche. Bei einem Preis von ca. 600 Euro/qm zahlen sie ca. 2.400 Euro für die Kollektoren.
  • Für eine Anlage zur Heizungsunterstützung benötigen sie 0,8 qm * (120/10) = 9,6 qm Röhrenkollektorfläche. Die Kosten liegen bei ca. 5.760 Euro.

In beiden Fällen kommen Kosten für die Montage hinzu. Die Anschaffungskosten der Röhrenkollektoren lassen sich durch eine staatliche Förderung allerdings verringern.

Röhrenkollektoren Förderung: sparen durch staatliche Zuschüsse

Solarthermie-Anlagen, ob mit Flachkollektoren oder Röhrenkollektoren, erhalten Förderungen des BAFA und der KfW. Erfahren Sie in diesem Beitrag alles Wissenswerte zur Röhrenkollektoren-Förderung.

Vorteile und Nachteile von Röhrenkollektoren

Vorteile von Röhrenkollektoren

  • Der größte Vorteil ist der hohe Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent. Damit sind auch bei geringerer Sonneneinstrahlung, wie es im Winter oder bei einer ungünstigen Dachausrichtung der Fall ist, gute solare Erträge realisierbar.
  • Röhrenkollektoren können sehr hohe Temperaturen erreichen: Der Einsatz zur Heizungsunterstützung bietet sich damit an.
  • Röhrenkollektoren benötigen relativ wenig Platz und ihr Einsatz ist flexibel: auf dem Dach, am Balkon oder an der Fassade.

Nachteile von Röhrenkollektoren

  • Der Preis ist vergleichsweise hoch.
  • Röhrenkollektoren sind empfindlicher als Flachkollektoren und lassen sich nicht dachintegriert montieren. Sie sind damit verstärkt der Witterung ausgesetzt.

Häufige Fragen zu Röhrenkollektoren

Wie funktioniert ein Röhrenkollektor?

Der beschichtete Absorber befindet sich in einer luftleeren Glasröhre und wandelt Sonnenlicht in Wärme um. Diese wird an ein Wärmeträgermedium abgegeben und zum Abnehmer transportiert, in der Regel dem Speicher.

Wie lange halten Röhrenkollektoren?

Röhrenkollektoren haben eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa 25 Jahren.

Was kostet ein Röhrenkollektor?

Röhrenkollektoren kosten etwa 600 Euro pro Quadratmeter.

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Erfahrungen & Fragen zum Thema Röhrenkollektor

Vakuum Röhrenkollektor: Wasser wird nicht warm genug erhitzt

Wir haben seit 5 Jahren eine Solar Vakuumröhre HP65 für Warmwasser. Das Problem ist schon immer, dass das Wasser nie so richtig heiß geworden ist, wenn die Sonne nicht scheint. Aktuell erreicht das Wasser sogar nur noch eine Temperatur von etwa 40 Grad, die dann aber konstant bleibt. Was könnte da die Ursache sein ? Der Kessel wird noch mit Gas erhitzt bei zu wenig Sonne. Ist vielleicht der Fühler defekt?
Antwort von Rolf Schlechter Haustechnik GmbH

Also , keine Sonne kein Ertrag , wenn die Kollektoren nicht richtig ausgerichtet sind , geht der Wirkungsgrad in den Keller .
Des weiteren kann die Anlage auch falsch eingelitert sein , bzw. Fehler in der Installation vorliegen , bei starker Sonneneinstrahlung sollte die Anlage in jedem Fall höhere Temperaturen erzielen . Wartung und Pflege sind auch ein Faktor . Auch Solaranlagen müssen jährlich gewartet werden . Isolation der Verrohrung , kann auch eine Fehlerquelle darstellen . Unbedingt einen Fachmann kommen lassen .

Solarthermische Vakuumröhrenkollektoren horizontal montieren?

Können Solarthermische Vakuumröhrenkollektoren horizontal auf ein Flachdach angebracht werden? Welche Wirkungsgraddifferenz würde sich daraus ergeben. (Röhren in Ost-Westausrichtung und nach Süden gedreht ausgerichtet)?
Antwort von Peters Sanitär und Heizung

Guten Tag

bei Ihrer Frage stellt sich mir als erstes die Frage:
"Was für einen vernünftigen Sinn könnte es machen Solarkollektoren in die horizontale Lage zu bringen?"

Die sinnvollste Lage für Solarkollektoren ob Fläche oder Röhre sind oder ist in Richtung Süden im Winkel von 34° (mittlerer Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche)

Wenn ich also einen Kollektor senkrecht stelle oder waagerecht lege habe ich in jedem Fall eine schlechtere Leistungsabgabe.
Wichtig ist dabei in erster Linie, dass die Wärmeträgerflüssigkeit ungehindert fließen kann und sich kein Luftsack bilden kann und bei Ausgasung durch Überhitzung die Gase aus dem Kollektor heraus zum Entlüfter strömen können.

Mit freundlichen Grüßen
Guido Peters

Fa.Peters Sanitär und Heizungstechnik

Solarpaket zum Selbsteinbau benötigt

Ich benötige ein Angebot für ein Solarpaket zum Selbsteinbau zuzusenden mit Vakuumröhrenkollektoren, einem Pufferspeicher (Kombi Speicher mit Wassertasche, angeschlossen werden sollen die Kollektoren und ein wasserführender Kaminofen) mit 1000 l Puffer. Wir möchten vor Einbau die mögliche Förderung beantragen. Können Sie so ein Angebot machen oder haben Sie eine Empfehlung? Für Rückfragen stehe ich gerne zur Verfügung.
Antwort von FET Fleischer EnergieTechnik

Wieso meinen hier einige Leute, Sie können mal eben eine Solaranlage mit einer Holzheizung einbauen.
Wie groß ist der Wärmebedarf des Hauses??? Was für eine Heizung ist denn installiert?????. Was soll mit der Solaranlage beheizt werden??? Wie groß soll denn die Solaranlage werden. Wie groß ist denn die Holzheizung. Also sprich: Bitte lassen Sie sich diese Anlage von einer renomierten Firma planen und einbauen. Bei einer Holzheizung sind auch umfangreiche Sicherheitsmassnahmen zu beachten.

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