Solarkollektor: Der wesentliche Baustein der Solarthermieanlage

von M.A. phil. Hilke Ohrt7 Minuten Lesezeit

Klimaschutz, Rohstoffknappheit und weitere Faktoren begünstigen den Trend der steigenden Energiepreise. Gleichzeitig ist die Technologie für die Nutzung von Sonnenenergie günstiger, immer ausgereifter und sogar förderfähig. Für viele Haubesitzer lohnt sich daher eine Solarthermieanlage. Hierfür benötigen Sie Solarkollektoren, um die kostenlose Sonnenenergie einzufangen.

Solarkollektor: Haus mit Solarkollektoren von WOLF

Inhaltsverzeichnis

Was ist ein ein Solarkollektor?

Ein Solarkollektor ist in der Lage, die Sonnenstrahlung in Wärme umzuwandeln – etwa um Gebäude zu heizen oder Warmwasser zu erzeugen. Experten sprechen hier von Solarthermie. Während der Begriff Solar „die Sonne betreffend“ bedeutet, steht das Wort Thermie für die Wärme, also Sonnenwärme oder thermische Energie der Sonne.

Wie funktioniert Solarthermie?

Die Solarthermie funktioniert nach einem einfachen Prinzip. Zunächst heizt die Sonne die dunkle Absorberfläche des Solarkollektors auf. Das ist vergleichbar mit einem dunklen Gegenstand, der sich warm anfühlt, wenn er in der Sonne liegt. Nach der gleichen Methode wird das Sonnenlicht im Sonnenkollektor absorbiert und in Wärme umgewandelt. Durch die dunkle Beschichtung kann das System viel Energie aufnehmen und es geht wenig Wärme in Form von Infrarotstrahlung verloren.

Eine weitere Rolle spielt der Solarkreis. Im Sonnenkollektor sorgen Röhren für den Transport der gewonnen Wärme zum Solarspeicher. Dieser bewahrt die Wärme auf, bis Sie diese für Warmwasser oder die Heizung benötigen.

Unterschiede zu Photovoltaik

Bei Photovoltaik lässt sich aus Sonnenlicht auch Strom gewinnen.
Eine Photovoltaikanlage wandelt das Sonnenlicht (griechisch: Photo) in elektrische Spannung (Volt) beziehungsweise Strom um.
Dabei setzen Halbleiter aus Silizium Ladungen frei, die als Elektronen über einen elektrischen Leiter abfließen können.
Den generierten Gleichstrom können Sie gleich nutzen oder in Batterien speichern.
Wenn Sie Wechselstrom erzeugen, lässt sich dieser in das öffentliche Stromnetz einspeisen.
Speisen Sie Ihren mit der Photovoltaikanlage gewonnenen Strom komplett oder zum Teil ins öffentliche Netz ein, unterliegen die Einkünfte der Einkommens- und der Umsatzsteuer.

Lohnt es sich, Heizung und Solarthermie-Kollektor zu kombinieren?

Für Warmwasser und eine angenehme Temperatur im Wohnbereich benötigen deutsche Haushalte durchschnittlich 85% des jährlichen Energieverbrauches.¹ Angesichts steigender Energiepreise und ehrgeiziger Klimaschutzziele suchen viele Hausbesitzer nach effizienten Alternativen für ihre alte Heizung. Kostengünstig und klimafreundlich arbeiten zum Beispiel Wärmepumpen und thermische Solaranlagen, deren Herzstück Solarkollektoren beziehungsweise Sonnenkollektoren sind.

Eine Solarthermieanlage kann das gesamte Heizsystem optimieren. Sonnenstrahlen sind anders als fossile Energieträger wie Gas, Kohle oder Öl unbegrenzt verfügbar, kostenlos und klimafreundlich. Laut Experten lassen sich in einem durchschnittlichen Einfamilienhaus durch Solarthermie für Heizung und Warmwasser jährlich rund 800 Kilogramm CO₂ vermeiden. Um diese Menge an CO₂ zu kompensieren, sind 64 Bäume notwendig.²

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Wer Sonnenenergie über Wärmekollektoren nutzt, macht sich zudem ein Stück unabhängiger von den begrenzten Ressourcen und Energiekonzernen. Mit einer Solarthermieanlage sind Sie Ihr eigener Energieproduzent für die Warmwasserbereitung. Einige Anlagen wie der CFK-1 Flachkollektor von Wolf unterstützen darüber hinaus auch Ihre Heizung.

Je nach Bedarf und Ausgangssituation Ihres Haushaltes können Sie wählen, ob die Solaranlage nur bei der Warmwasserbereitung oder auch den Hauptwärmeerzeuger beim Heizen unterstützen soll. Letzterer muss dann seltener oder im Sommer unter Umständen gar nicht mehr anspringen.

Sie haben die Möglichkeit, Solarthermie mit der Wärmepumpe zu kombinieren. Ganz allein kommt die Solaranlage nämlich nicht aus, um ausreichend Wärme zu erzeugen. Da sie aber die Leistung der Wärmepumpe unterstützt, reduziert sich deren Arbeitszeit. Gleichzeitig erhöht sich die Lebensdauer der Wärmepumpe, da sie weniger leisten muss. Durch diese Kombination steigern Sie die Effizienz des gesamten Heizsystems.

Die Solaranlage lässt sich auch gemeinsam mit einem Öl- oder Gasbrennwertkessel nutzen. Allerdings sind fossile Energieträger weder umweltfreundlich noch zukunftsfähig. Setzen Sie besser gleich auf erneuerbare Energien.

Wie groß sollte die Fläche der Sonnenkollektoren sein?

Je nach Art der Sonnenkollektoren benötigen Sie eine bestimmte Kollektorfläche auf dem Dach, der Hausfassade oder auf dem Grundstück.
Bei einem Vier-Personen-Haushalt können Sie bei der Verwendung von Flachkollektoren für Warmwasser mit einer Fläche von 5 bis 6 Quadratmeter rechnen.
Für die Heizungsunterstützung benötigen Sie mit 10 bis 15 Quadratmeter etwa die doppelte Kollektorfläche.
Möchten Sie die Sonnenkollektoren auf dem Dach montieren, sollte die Dachfläche im Idealfall nach Süden ausgerichtet sein. Eine Abweichung nach Süd-Osten oder Süd-Westen mindert die Effizienz allerdings nur minimal.

Die wichtigsten Kollektorarten

Es gibt verschiedene Arten von Sonnenkollektoren, die sich in Bauweise, Kosten und Effizienz unterscheiden. Die zwei wichtigsten sind der Flachkollektor und Röhrenkollektor. Beide verwenden einen sogenannten Absorber, eine dunkel beschichte Fläche. Diese fängt die Strahlungsenergie der Sonne ein und wandelt sie in Wärmeenergie um.

Der Flachkollektor

Diese Bauart wird am häufigsten genutzt. Flachkollektoren wie der TopSon F3-1 und CFK-1 von WOLF sind robust, langlebig und kostengünstig. Allerdings haben sie mit rund 60 bis 75% einen geringeren Wirkungsgrad als Röhrenkollektoren. Der Absorber ist ein beschichtetes Blech, das sich im Gehäuse des Flachkollektors befindet. Für den Transport der Wärme zum Speicher sorgen die mit Solarflüssigkeit gefüllten Rohre, die sich hinter dem Blech befinden.

Solarabsorber: Querschnitt eines Flachkollektors Grafik — Der Flachkollektor ist die in Deutschland am meisten verbreitete Art von Solarthermiekollektor. Der Solarabsorber ist ein beschichtetes Blech im Inneren des Gehäuses.

Der Vakuumröhrenkollektor, kurz Röhrenkollektor

Ein Röhrenkollektor ist in der Anschaffung teurer als der Flachkollektor, arbeitet aber effizienter. Er hat einen höheren Wirkungsgrad von bis zu 90% und einen kleineren Flächenbedarf. Hier ist die Absorberfläche direkt auf den Rohren angebracht. Die Solarflüssigkeit fließt durch die Rohre und transportiert die Wärme zum Speicher.

Bei Vakuumröhrenkollektoren entsteht im Gehäuse ein Vakuum. Dadurch sind die Absorber nicht der Umgebungsluft ausgesetzt, was Wärmeverluste verhindert. Eine weitere Variante sind Heatpipes (Wärmerohre). Hier wandelt sich die Flüssigkeit, die im Rohr zirkuliert, bei steigender Temperatur in Dampf um.

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.

Um auch bei wenig Sonneneinstrahlung oder ungünstiger Ausrichtung sehr hohe Erträge zu erzielen, entwickeln die Hersteller die Technik weiter. Beispielsweise lässt sich der Röhrenkollektor CRK-12 von WOLF selbst bei ungünstigen Dachverhältnissen einsetzen.

Sonderfall Hybridkollektoren

Eine Sonderart der Sonnenkollektoren sind Hybridkollektoren. Diese kombinieren Solarthermie und Photovoltaik miteinander. Sie erwärmen also Wasser und nutzen ihre Kollektorfläche gleichzeitig zur Stromerzeugung.

Tipps für die Auswahl und den Kauf von Solarkollektoren

Bevor Sie in Solarkollektoren investieren, sollten Sie einige Dinge für sich klären. Das erleichtert Ihnen die Auswahl des individuellen Modells. Diese Punkte sind für Ihre Überlegungen relevant:

Berechnen Sie, wie viel Energie Sie verbrauchen beziehungsweise benötigen.
Lassen Sie die Eignung Ihrer Dachfläche prüfen.
Achten Sie auf die effektive Integration in Ihr bestehendes System.
Informieren Sie sich, welche Bauart für Sie persönlich die beste ist.
Berücksichtigen Sie, ob Sie die Anlage nur für Warmwasser oder auch die Heizungsunterstützung einsetzen möchten.
Klären Sie die Frage, wie viel Fläche die Solarthermie-Kollektoren beanspruchen dürfen.
Lassen Sie sich zur Systemwahl vom Fachbetrieb beraten.

Wie kann ich die Solarthermieanlage besonders effizient betreiben?

Für einen effizienten Betrieb sollten die Solaranlage und Ihr Heizsystem optimal aufeinander abgestimmt sein. Auch die Bauart der Sonnenkollektoren, die Kollektorfläche sowie die Ausrichtung und Neigung der Kollektoren spielen eine große Rolle. Ob Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren für Sie geeigneter sind, hängt von verschiedenen Faktoren wie Ihrem individuellen Bedarf und den Gegebenheiten vor Ort ab.

Für einen guten Ertrag sind auch eine regelmäßige Wartung, Reinigung und Pflege sehr wichtig. Darüber hinaus sollten Sie als Hausbesitzer beachten, dass sowohl die Solaranlage als auch das Heizsystem im Zusammenspiel mit dem Gebäude funktionieren. Wenn Ihr Haus gut gedämmt ist und moderne Türen sowie Fenster hat, ziehen Sie einen noch größeren Nutzen aus der Solarthermieanlage.

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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.

¹ BSW – Bundesverband Solarwirtschaft e. V.: Solarthermie

² co2online: Wie funktioniert Solarthermie?