Röhrenkollektor: Die Energie der Sonne besonders effizient nutzen

von M.A. phil. Hilke Ohrt7 Minuten Lesezeit

Anders als bei den fossilen Energieträgern Gas und Öl steht die Energie der Sonne unendlich zur Verfügung und lässt sich mit einer Solaranlage für die Heizung und das Warmwasser nutzen. Besonders effizient fangen sogenannte Röhrenkollektoren, auch Vakuumkollektoren genannt, die Sonnenenergie ein. Derzeit ist in Deutschland etwa jede zehnte Solarthermieanlage mit einem Vakuumröhrenkollektor ausgestattet. Wir geben Ihnen einen Überblick, was ein Röhrenkollektor ist und welche Vor- und Nachteile er mit sich bringt.

Röhrenkollektor: Solaranlage auf Schieferdach

Inhaltsverzeichnis

Was ist eigentlich ein Solarkollektor?

Mithilfe von Sonnenenergie lässt sich Warmwasser und Heizungswasser erhitzen. Die hierfür benötigte Wärme aus der Sonne fängt ein Sonnenkollektor, auch Solarkollektor genannt, ein. Ein durchschnittliches Einfamilienhaus kann so jährlich rund 800 Kilogramm CO₂ vermeiden und Kosten sparen. Technisch funktioniert das so: Der auf dem Dach installierte Kollektor nimmt die Sonnenenergie auf. Er wandelt sie in Wärmeenergie um und transportiert diese in ein Speichermedium im Haus. Von dort aus liefert der Speicher die Wärme an die Heizung oder an die Warmwasserversorgung.

Neben Vakuumröhrenkollektoren gibt es auch Flachkollektoren, die aus einem robusten Metallgehäuse bestehen. Im Inneren ist eine beschichtete Metallplatte angebracht, die das Sonnenlicht einfängt.

Für wen eignet sich ein Röhrenkollektor?

Der Röhrenkollektor ist ein wichtiger Bestandteil der Solarthermieanlage, um die Sonnenenergie effizient aufzunehmen. Laut Experten können Vakuumröhrenkollektoren einen Wirkungsgrad von bis zu 90% erreichen. Das bedeutet eine sehr hohe Ausbeute an Sonnenenergie ohne große Wärmeverluste – auch bei geringerer Sonneneinstrahlung oder nicht so optimaler Ausrichtung der Dachfläche zur Sonnenseite.

Die Bauart ist daher wesentlich effizienter als die der sogenannten Flachkollektoren. Diese erzielen einen Wirkungsgrad von rund 50 bis 75%. Zudem erreicht der Röhrenkollektor eine hohe Temperatur und eignet sich dadurch auch gut für die Heizungsunterstützung.

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Wie viel Kollektorfläche benötige ich mit Vakuumkollektoren?

Da der Solarthermie-Röhrenkollektor sehr effizient arbeitet, benötigt er weniger Fläche als ein Flachkollektor. Wenn Sie über eine kleine Dachfläche verfügen, sind Sie daher mit dieser Bauart der Sonnenkollektoren in der Regel gut bedient. Die benötigte Kollektorfläche pro Person für Warmwasser und Heizung liegt beim Röhrenkollektor bei 2 Quadratmeter und beim Flachkollektor bei 3 Quadratmeter.

Die Vor- und Nachteile eines Röhrenkollektors im Überblick

Pro

erzielt auch in Übergangsjahreszeiten beste Erträge
effizient selbst bei nicht optimalen Lichtbedingungen
gut geeignet zur Heizungsunterstützung
geringer Flächenbedarf
geringe Windlast
unkomplizierte Montage
an Fassaden installierbar
einzelne Röhren sind meist austauschbar

Contra

relativ teuer in der Anschaffung
keine dachintegrierte Montage
im Sommer ist eine Überhitzung möglich
Bruchanfälligkeit
Ausfall bei Schneebedeckung

Funktion und Aufbau des Röhrenkollektors

Der Solar-Röhrenkollektor ist nach dem Prinzip einer Thermoskanne aufgebaut. Es gibt zwei Glasröhren – eine Außenröhre und eine Innenröhre – sowie ein sogenanntes Trägermedium. Letzteres ist ein Solarfluid, also eine spezielle Solarflüssigkeit.

Während die äußere Vakuumröhre aus einem speziellen Glas für Solar hergestellt ist und das Sonnenlicht durchlässt, ist die innere Röhre mit einer dunklen Beschichtung versehen. Das Besondere am Röhrenkollektor ist, dass diese Schicht an den Röhren angebracht ist. Sie wird als Absorber bezeichnet, da sie das Sonnenlicht in sich aufnimmt, also absorbiert. Das Sonnenlicht wird dann in Wärmeenergie umgewandelt und mithilfe der Solarflüssigkeit in den Speicher der Heizungsanlage überführt.

Im Inneren des Gehäuses wird bei dieser Bauart ein Vakuum erzeugt. Damit ist der Kollektor optimal isoliert. Das verhindert thermische Verluste, die bei der Wärmeleitung ohne Vakuum entstehen können.

Solarabsorber: Vakuumröhrenkollektor Grafik — Der Vakuumröhrenkollektor ist effizienter als der Flachkollektor, da der Solarbsorber durch ein Vakuum von der Umgebungsluft getrennt ist. Somit hat er deutlich geringere Wärmeverluste zu verbuchen.

Der Vakuumkollektor ist eine gute Wahl, wenn der Ertrag pro Quadratmeter sehr hoch sein soll, Ihnen aber nur eine kleine Fläche zur Verfügung steht oder Sie sehr viel Energie benötigen.

Eine Leistungssteigerung der Röhrenkollektoren wird bei sogenannten CPC erzielt. CPC steht für „Compound Parabolic Concentrator“. Bei diesen Kollektoren ist hinter den Röhren ein Spiegel angebracht. Er bündelt das Sonnenlicht und reflektiert es an den Absorber. Damit wird die Sonnenenergie stark gebündelt und ist daher hoch konzentriert. Das sorgt für einen höheren Ertrag.

Bei dem Röhrenkollektor fließt, wie beschrieben, die Solarflüssigkeit direkt durch die Glasröhren. Auf dem Markt ist zudem ein moderneres System erhältlich, bei dem die Flüssigkeit nicht direkt das Absorberrohr durchströmt. Stattdessen gibt es eine sogenannte „Heatpipe“, ein Wärmerohr. In der Heatpipe ist ein leicht verdampfbares Medium eingeschlossen, das die Sonnenwärme erhitzt und verdampft. Der Dampf wird durch die oben offene Heatpipe an den Heizkreislauf abgegeben.

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Durch das Vakuum innerhalb des Gehäuses, können Röhrenkollektoren einen Wirkungsgrad von bis zu 90% erreichen. Das heißt, dass sie auch bei geringer Sonneneinstrahlung noch hohe Erträge erzielen und geringe Wärmeverluste haben.

Experten und namhafte Hersteller arbeiten seit Jahren daran, die Solarthermie noch besser zu machen. So unterstützt der WOLF Röhrenkollektor CRK-12 beispielsweise das ganze Jahr über effizient die Heizung und stellt die Energie für Warmwasser bereit. Auch der Schutz vor Umwelteinflüssen ist deutlich erhöht und das modulare System lässt sich individuell anpassen.

Kosten und Dimensionierung

Vor der Entscheidung für eine Solarthermieanlage, sollten Sie sich über die Kosten informieren und zur Dimensionierung von einem Fachbetrieb beraten lassen. Nachfolgend geben wir Ihnen einen ersten Überblick.

Was kosten gängige Röhrenkollektoren?

Sollten Sie sich für Vakuumkollektoren entscheiden, müssen Sie mit etwa 30% höheren Kosten rechnen als bei Flachkollektoren. Allerdings hat der Röhrenkollektor bei guter Pflege eine Lebensdauer von durchschnittlich mehr als 20 Jahren.

Ein Vakuumröhrenkollektor kostet ca. 600 Euro aufwärts pro Quadratmeter. Nutzen Sie diesen für Warmwasser, brauchen Sie rund 1 Quadratmeter Fläche pro Person. Wenn Sie die Solarthermie für Warmwasser und zur Heizungsunterstützung einsetzen möchten, sollten Sie rund 2 Quadratmeter Fläche pro Person einplanen.

Solarthermie: Solarthermieanlage mit Röhrenkollektor und Flachkollektor von WOLF GmbH

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Solarthermie unterstützt bei der Warmwasserbereitung und gegebenenfalls Raumheizung.

Wie viele Röhrenkollektoren brauchen Sie für Ihr Haus?

Der solare Ertrag der Anlage liegt etwa bei 300 bis 420 kWh pro Quadratmeter – bezogen auf den Jahresdurchschnitt und die Kollektorfläche. Damit decken Sie etwa 60% der Warmwasserbereitung und 20 bis 30% des gesamten Verbrauchs solar.

Demnach sollte eine vierköpfige Familie in einem Haus mit etwa 110 Quadratmeter mit folgenden Kosten rechnen:

Bei einem Quadratmeterpreis von 600 Euro Kollektorfläche entstehen Kosten von 2.400 Euro für die Nutzung für Warmwasser.
Bei einem Quadratmeterpreis von 600 Euro Kollektorfläche entstehen Kosten von 4.800 Euro für die Nutzung von Warmwasser und die Heizungsunterstützung.

Tipps für die Pflege und den Erhalt

Lassen Sie den Kollektor für eine lange Lebensdauer regelmäßig warten und reinigen. Überlassen Sie die Inspektion einer Fachfirma. Diese inspiziert bei der Wartung Lüftungsventile, Fühler, Thermostat, Leitungen und weitere technische Bauteile.
Sorgen Sie dafür, dass die Solarflüssigkeit regelmäßig geprüft wird.
Beauftragen Sie auch regelmäßig einen Profi mit der Reinigung der Oberfläche. Saubere Solarthermie-Röhrenkollektoren erzeugen mehr Strom.

Tipps für die Auswahl und den Kauf

Erheben Sie den Eigenbedarf für die Planung.
Lassen Sie die Eignung Ihrer Dachfläche prüfen.
Nutzen Sie eine Energieberatung für die Dimensionierung/Anlagengröße.
Lassen Sie sich zur Systemwahl vom Fachbetrieb beraten.
Achten Sie auf die Integration in Ihre bestehenden Systeme.
Informieren Sie sich über gesetzliche Vorgaben.
Prüfen Sie entsprechende Fördermöglichkeiten.

M.A. phil. Hilke Ohrt

Hilke Ohrt ist studierte Germanistin (M.A. phil.) und arbeitet seit vielen Jahren als freiberufliche Journalistin. Sie schreibt unter anderem für die Bauwirtschaft. Ihre Schwerpunkte liegen auf dem Bauen und Wohnen sowie der Wärme- und Heiztechnik.