Ein Vakuum reduziert Wärmeverluste in Röhrenkollektoren

7. Oktober 2020
Ein Röhrenkollektor, auch Vakuumröhrenkollektor genannt, arbeitet ähnlich wie ein Flachkollektor. Röhrenkollektoren sind anspruchsvoller im Preis, aber durch einen speziellen Aufbau vermeiden sie eines der Hauptprobleme von Flachkollektoren: ein Röhrenkollektor weist deutlich niedrigere Wärmeverluste auf als die preisgünstigeren Flachkollektoren.
Dieser Artikel wurde erstellt von:
Thorben Frahm, Redakteur www.Solaranlagen-Portal.com
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Der Röhrenkollektor - Vakuumröhrenkollektoren im Überblick

Vakuumröhrenkollektor Heatpipe SchnittHeatpipe Kollektor | Abbildung: Viessmann Werke

In Röhrenkollektoren ist der Absorber nicht der Luft ausgesetzt - die Absorberflächen befinden sich in mehreren Röhren, in denen ein Vakuum herrscht. Dies reduziert die Wärmeverluste in Röhrenkollektoren im Gegensatz zu einem Flachkollektor erheblich.

Mangels Luftbewegung zwischen Absorber und Abdeckplatte ist die Luftbewegung unter­bunden. Mehrere Röhrchen werden dann über ein Sammelrohr am Rahmen vom Röhrenkollektor mit dem Kollektorkreis verbunden.

Zusätzlich 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, was den Wirkungsgrad bei nicht optimal geneigten Dächern etwas ausgleicht.

Eine weitere Röhrenkollektor-Bauweise ist der Heatpipe Kollektor. Hier durchströmt der Wärmeträger nicht direkt das Absorberrohr vom Solarthermie Kollektor. Hier 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.

Schnitt VakuumröhrenkollektorenSchnittbild verschiedener Röhrenkollektoren | Bild: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg

Beim CPC Kollektor sind zwei Glasröhren als "Thermoskanne" ausgebildet. Das Vakuum befindet sich nur innerhalb der Röhren. Die Röhren liegen im CPC Kollektor vor einem Parabolspiegel beziehungsweise einer Reflektorschicht, die das einfallende Licht auf die Röhren gebündelt zurückwirft und so vor allem bei diffusem Licht die Leistung dieser Art Röhrenkollektor erhöht.

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

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Erfahrungen & Fragen zum Thema Röhrenkollektor

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

Vakuumröhre: Welche Temperatur ist normal?

Wie heiß muss bei einer Vakuumröhre die Heatpipe in der Sonne werden? Gibt es da Richtwerte, mit denen ich die Temperatur prüfen kann?
Antwort von Ingenieurbüro Eukon

Wo wollen Sie die Temperatur prüfen?
Innerhalb der Röhre entstehen Temperaturen bis 300°C. Die meisten Heatpipe machen z.B. bei 80°C dicht, d.h. die übertragen dann keine Energie mehr.

Ich persönlich bin eher ein Befürworter von direkt durchströmten CPC-Kollektoren.

Wärmepumpe mit Solarkollektor verbinden

Ich möchte an eine vorhandene Wärmepumpe mit 300 Liter Speicher zusätzlich einen Röhrenkollektor anschliessen. Kann ich den Kollektor mit an den Heizkreis der Wärmepumpe anschließen, wenn ich in beide Vorlaufleitungen jeweils ein Rückschlagventil einbaue ? Wenn ja, wieviel muss dann das Rohr zum Speicher größer sein ?
Antwort von Peters Sanitär und Heizung

Also das sind für mich drei Fragen wobei die erste Frage eigentlich schon unsinnig ist.
Wir schließen 300 Ltr. Warmwasserspeicher sowieso nur mit einem Röhrenkollektor an und nicht mit zwei oder drei das ist eine Leistungsfrage.
Die zweite Frage: natürlich kann man einen Kollektor mit auf die Wärmepumpenleitung legen.
Dazu ist dann aber auch unter Anderem die Wärmeträgerflüssigkeit vonnöten.
Die dritte Frage: wieviel müssen dann die Rohre größer sein, würde sich aber nur stellen wenn beide ,sowohl Wärmepumpe als auch Kollektor gleichzeitig laufen sollen was nicht wirklich Sinn macht.

Kosten für Solarthermieanlage mit Vakuumröhrenkollektoren

Suche Firma, die Vakuumröhren zur Warmwasser- / Heizungsunterstützung verbaut. Doppelhaushälfte, ca.170m², reine Ost-Westlage, Buderus-Gaskessel 2018 Neu. Verfügbare Dachfläche ca.80m². Wie hoch sind die ungefähren Kosten?
Antwort von Bauherren-Akademie

Haben Sie bestimmte Gründe für den Einbau einer Solarthermieanlage?
Wenn nein, denken Sie mal über die Alternative Photovoltaik nach.
Ich habe selbst vor 6 Jahren eine Solartermieanlage zur Warmwassergewinnung und Heizungsunterstützung eingebaut (ca. 16wm Kollektorfläche, 1000 ltr. Pufferspeicher). Optimale SSW-Lage mit für den Winter optimal steilem Dach. Die Anlage hat seither ca. 12.500 kWh an Energie gebracht. Bei einer Gasheizung entspricht dies ca. 875EUR Einsparung (7ct je kWh). Davon sind dann noch die Kosten für Strom für die Pumpe und die Wartung der Anlage abzuziehen, bleiben am Ende vielleicht noch 800 EUR Einsparung übrig (in 6! Jahren).
Aus heutiger Sicht würde ich das Geld lieber für eine Photovoltaik-Anlage ausgeben. Bei gleicher Investition bekäme ich mind. eine 3kWp-Anlage, die in dem Zeitraum ca. 18.000kWh Strom produziert hätte. Bei derzeitigem Strompreis entspricht dies über 4.000 EUR an Wert.
Dazu kommt, das bei der Solarthermie der Ertrag weniger wird, wenn Sie den energetischen Zustand Ihres Hauses verbessern, da dann in den Sommermonaten mehr nicht nutzbarer Überschuß produziert wird. Abgesehen ist der Strom viel universeller nutzbar wie di Wärme einer Solarthermieanlage. Wollen Sie bei der Heizung/Warmwasser einsparen, trennen sie die Warmwasserbereitung ab und nutzen dafür eine WW-Wärmepumpe, die recht kompakt und preisgünstig sind. Die können Sie dann auch mit Ihrem Solarstrom betreiben.
Im letzten, sehr heißen Jahr hatte ich zwar von Mai bis Juni die Heizung vollständig ausgeschaltet, da das WW stets von der Solaranlage erwärmt wurde, jedoch stand die Anlage viel Zeit, da soviel Wärme gar nicht benötigt wurde. Bei einer PV-Anlage hätte ich alle Sonne zur Stromgewinnung nutzen können und, wenn nicht selbst erbraucht, zumindest verkaufen können.
Wenn Sie es geschickt machen, dürfen Sie die Stromgewinnung der PV-Anlage auch, zumindest teilweise, dem Energiebedarf Ihres Hauses gegenrechnen.

Was tun mit alten Röhrenkollektoren + Speicher?

Nach 20 Jahren des Betriebs einer Solarthermieanlage zur Warmwasserunterstützung baue ich jetzt eine neue Anlage zur WW. und Heizungsunterstützung und rüste die alte Anlage ab. Was mache ich mit den alten Röhrenkollektoren und dem Speicher, den ich nicht mehr benötige, da ich neues Material verwende?
Antwort von IGE - Rakowski

Am besten trennen Sie Kupfer, Messing und Eldelstahl und geben es bei den Metallverwertung ab z.b Plöger oder Wodtke. Dafür bekommen Sie noch Geld.

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