Kollektoren für Solaranlagen im Überblick

Ein Kollektor ist ein wichtiges Bestandteil einer Solaranlage. Neben der Ausrichtung und dem Standort der Anlage ist er maßgeblich für deren Effizienz. Denn er ist es, der die Sonnenstrahlen in Strom oder zu Wärme umwandelt. Kollektoren gibt es in verschiedenen Ausführungen. Der folgende Artikel liefert einen kompakten Überblick.

Kollektoren zur Wärmeerzeugung

Eine Solarlange kann die kostenfreie Sonnenenergie unterschiedlich verarbeiten. Wird sie in Strom umgewandelt, handelt es sich dabei um eine Photovoltaik-Anlage. Wird mithilfe derselben Sonnenenergie Wärme erzeugt, etwa für die Heizung oder das Warmwasser, sprechen Experten von einer Solarthermie-Anlage. Auf deutschen Dächern finden sich vorwiegend sogenannte Flach- und Vakuumröhrenkollektoren. Diese beiden Kollektoren für Solarthermie haben den Vorteil, dass sie sehr gut gegenüber Witterung geschützt sind. 

Preisgünstige Flachkollektoren für die Solarthermie 

Die Flachkollektoren kommen am häufigsten zum Einsatz. Viele Vorteile treffen bei dieser Variante aufeinander, angefangen beim sehr günstigen Preis über die robuste Konstruktion bis hin zu dem hohen Wirkungsgrad. Sie nutzen einen Absorber aus Kupfer. Dieser übergibt die erzeugte Wärme an ein Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser. Die Abdeckungen sind eben, wodurch eine zu hohe Konzentration der Sonnenstrahlen an bestimmter Stelle verhindert wird. Ein Nachteil ist jedoch, dass der Wirkungsgrad bei sehr hohen Temperaturen konsequent reduziert wird. In privaten Haushalten dürfte das aber kein nennenswertes Problem darstellen. Ausführliche Informationen finden Sie im Beitrag "Flachkollektoren - häufige Option für Solarthermie". 

Vakuumröhrenkollektor auf einem Hausdach
© panthermedia.net / redcarpett

Vakuumröhren-Kollektoren erreichen höhere Wirkungsgrade

Röhrenkollektoren beziehungsweise Vakuumröhrenkollektoren setzen da an, wo die flachen Kollektoren erste Schwächen aufweisen. Absorbiert wird über die zahlreichen einzelnen Röhren auf der Oberfläche. Diese bestehen aus einer doppelten Außenwand, in der sich ein Vakuum befindet. Wie bei einer Thermoskanne reduziert das die Wärmeverluste auf ein Minimum und hilft, möglichst viel der gewonnenen Energie an das Heizsystem zu übertragen. Im Vergleich beider Kollektoren gewinnen Vakuumröhrenkoellektoren auf der gleichen Fläche also mehr nutzbare Wärme. Sie sind dafür auch teurer und eignen sich immer dann, wenn die Gegebenheiten vor Ort nicht optimal sind. Also dann, wenn das Dach klein, zu flach oder ungünstig ausgerichtet ist. Mehr zu diesem Bauteil einer Solaranlage finden Sie im Beitrag "Röhrenkollektoren - Aufbau, Funktion und Auslegung". 

Vakuumflachkollektoren verbinden Flach- und Röhrenkollektoren

Eine spezielle Bauform der Solarkollektoren sind Vakuumflachkollektoren. Diese bestehen wie konventionelle Flachkollektoren aus einem gedämmten Kasten. Dieser wird jedoch evakuiert. Das heißt: Im Innenraum befindet sich ein annäherndes Vakuum, was die Wärmeverluste der Kollektoren reduziert. Die Technik ist recht aufwendig und nicht immer zuverlässig. So kann mit der Zeit Luft in das Kollektorgehäuse eintreten und den Einspareffekt zunichtemachen. 

Besondere Kollektoren zur Wärmeerzeugung  

Schwimmbadkollektoren kommen vorzugsweise in Bädern oder am Pool zum Einsatz. Sie sollen gar keine hohen Temperaturen erreichen, sondern lediglich eine niedrige konstante Temperatur bereitstellen. In der Regel wird bei diesen Solarkollektoren ein ziemlich simpler, aus Kunststoff gefertigter Absorber verbaut. Dieser ist sowohl korrosionsbeständig als auch wetterfest konstruiert. Sie sind sehr preiswert, eignen sich für anspruchsvolle Aufgaben oder für eine allgemein höhere Wärmeerzeugung aber kaum. Typisch hohe Temperaturen, die unter anderem zum Heizen der Wohnung oder des Hauses und für die Aufbereitung von Warmwasser notwendig wären, können mit diesen Kollektoren nicht erreicht werden. Zudem sind die Wärmeverluste im Winter vergleichsweise hoch. 

Warmluftkollektoren für Lüftungsanlagen

Die mit Luft arbeitenden Kollektoren weisen zu den anderen Varianten einen grundlegenden Unterschied auf. Sie erhitzen keine Flüssigkeit mithilfe der Sonnenstrahlung, sondern lediglich Luft. Erste Vorteile werden aufgrund dieser Funktionsweise bereits deutlich. Denn so haben Warmluftkollektoren kaum Probleme mit Rost oder einem Einfrieren der Flüssigkeit im Winter - diese ist schließlich gar nicht erst vorhanden. Aufgrund relativ preiswerter Bauteile siedelt sich auch der Anschaffungspreis für Luftkollektoren im überschaubaren Rahmen an. 

Luft kann allerdings weniger Wärme speichern als Wasser. Folglich ist die Leistungsfähigkeit geringer. Außerdem sind Ventilatoren notwendig, um die Luft in Bewegung zu halten. Das wiederum steigert die laufenden Kosten durch den Stromverbrauch. Diese Kollektoren kommen unter anderem als Lösung in Lagerhallen oder Schwimmbädern zum Einsatz.

Kollektoren zur Stromerzeugung

Kollektoren zur Stromerzeugung heißen in der Praxis Solarmodule. Ein Modul wiederum besteht aus mehreren zu einem String zusammengeschalteten Solarzellen. Zu den gängigsten Arten zählen:  

  • Monokristalline Solarzellen
  • Polykristalline Solarzellen
  • Amorphe Module 
Solardach mit Kollektoren auf einem Einfamilienhaus reflektiert die Sonne
© Smileus / Fotolia

Monokristalline Solarzellen erzielen hohe Wirkungsgrade

Monokristalline Zellen werden aus dem Halbleiter Silizium hergestellt. Sie zeichnen sich durch hohe Wirkungsgrade aus und sind vergleichsweise teuer. Grund dafür ist die aufwendige Herstellung. 

Polykristalline Solarzellen sind günstiger in der Anschaffung

Polykristalline Zellen bestehen ebenfalls aus Siliziumblöcken. Sie sind günstiger als monokristalline Bauformen, haben dafür aber auch einen geringeren Wirkungsgrad. Dank des guten Preis-Leistungs-Verhältnises stellen sie den Standard der Solartechnik dar.  

Amorphe Module sind äußerst flexibel

Amorphe Module bestehen aus einer dünnen Siliziumschicht, die auf ein Trägerelement aufgedampft wird. Ihr Wirkungsgrad ist kleiner als der von monokristallinen und polykristallinen Modulen, dafür sind sie günstiger in der Herstellung. Sie sind darüber hinaus äußerst flexibel und lassen sich auch auf Dachziegel anbringen.

Ausführliche Informationen zu den drei Modularten finden Sie im Beitrag "Wirkungsgrade der Solarzellen im Vergleich". 

Hybrid-, konzentrierte und Speicher-Kollektoren

Die folgenden Kollektoren werden aus verschiedenen Gründen nur selten angewandt oder befinden sich im Falle der Hybridkollektoren noch in der Entwicklungsphase. Bei diesen Kollektoren werden Photovoltaik- und Solarthermieanlagen auf unterschiedliche Weise miteinander kombiniert, um die Fläche effizienter zu nutzen. Dieser Hybrid ist bisher aber Zukunftsmusik. Er befindet sich noch nicht in der für Verbraucher verfügbaren Massenproduktion. 

Konzentrierte Kollektoren überwiegend für industrielle Einsätze

Sogenannte "konzentrierte Kollektoren" intensivieren das Sonnenlicht mithilfe von installierten Lupen und Spiegeln, um mehr Energie aus dem Sonnenlicht zu erhalten. Diese Solarkollektoren können Temperaturen von bis zu 2.000 Grad Celsius erreichen. Sie werden auf privater Ebene aufgrund ihres Preises und des Aufwands nicht genutzt. Sie kommen vereinzelt aber im industriellen Sektor zum Einsatz.

Speicherkollektoren kommen selten zum Einsatz

Speicherkollektoren sind Solarkollektoren, die mit einem Warmwasserspeicher verbunden sind. Im europäischen Raum kommen die Geräte durch die Anfälligkeit gegenüber Frost jedoch eher selten zum Einsatz. Sie werden eher im Süden genutzt, wo Schnee und Frost vielleicht keine Fremdwörter sind, diese aber zumindest nicht für mehrere Monate auf die Bauteile einwirken können.

Alle Formen der Solartechnik sollten regelmäßig gewartet werden, wozu auch das Entlüften der Solaranlage gehört. 

Wie die verschiedenen Arten von Kollektoren in der Praxis abschneiden und für wen sich, welche Lösung auszahlt, erfahren Sie in unserem Beitrag Solarkollektoren im Test

Heizung.de Autor Philipp Hermann
Fazit von Philipp Hermann
Im Bereich der Kollektoren für Solarthermie kommen für einen Großteil der Anwender lediglich Flach- und Vakuumröhrenkollektoren infrage. Andere Optionen sind entweder zu teuer, für private Anwendungen ungeeignet oder zu anfällig gegenüber der deutschen Witterung. Geht es um die Stromerzeugung, greifen die meisten zu Solarmodulen, die aus polykristallinen Zellen bestehen. 
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