Flachkollektoren als Option für Solarthermie

Im Bereich der Solarthermie stehen Anwendern in der Regel zwei weit verbreitete Lösungen zur Auswahl: Das sind einerseits die hier besprochenen Flachkollektoren und andererseits die leistungsfähigeren Röhrenkollektoren. Bei den Flachkollektoren wird zwischen den klassischen Modellen und den sogenannten Vakuumflachkollektoren unterschieden. Doch was zeichnet die Bauteile aus? Und wie sind diese aufgebaut, damit sie die Sonnenstrahlen in nutzbare Energie umwandeln können? 

Aufgabe und Funktion der Flachkollektoren

Flachkollektoren sind wichtige Bauteile der Solarthermie. Sie sitzen in der Regel auf dem Dach und fangen das Licht der Sonne auf. Dieses wandeln sie an Ort und Stelle in Wärme um. Ein Wärmeträgermedium (Solarflüssigkeit) nimmt die thermische Energie auf und transportiert sie angetrieben von einer Solarpumpe zum Wärmespeicher.

Voraussetzung für eine hohe Effizienz der Flachkollektoren

Damit Flachkollektoren einen großen Teil der auftreffenden Solarenergie in nutzbare Heizwärme umwandeln können, müssen sie optimal ausgerichtet sein. Günstig ist dabei eine reine Süd-Orientierung mit einer Neigung von etwa 35 Grad. Weicht die Orientierung nach Osten oder Westen ab, müssen Verbraucher bei der gleichen Neigung mit Einbußen von etwa 20 bis 30 Prozent rechnen. Um diese auszugleichen, können sie allerdings eine größere Kollektorfläche installieren.

Aus technischer Sicht müssen die Kollektoren möglichst viel Sonnenlicht aufnehmen und in Wärme umwandeln. Wie das funktioniert, erklären wir anhand des Aufbaus der Kollektoren

Rotes Hausdach mit Solartechnik Flachkollektoren vor einem blauen Himmel
© reimax16 | Fotolia

Die einzelnen Bauteile von Flachkollektoren im Detail

Flachkollektoren sind aus Stahlblech gefertigte Kästen, die insgesamt aus vier wesentlichen Bauteilen bestehen. Diese sind: 

  • Absorber
  • Rohrleitungen 
  • Wärmedämmung
  • Glasabdeckung

Der Absorber wandelt Sonnenlicht in Wärme um

Das Herz der Flachkollektoren ist der sogenannte Absorber. Dieser besteht aus Kupfer- oder Aluminiumblech und fängt die Strahlen der Sonne auf. Während das passiert, erwärmt er sich stark. Für eine hohe Effizienz muss das Bauteil sehr viel Energie aufnehmen, ohne selbst zu viel an die Umgebung abzustrahlen. Möglich ist das durch spezielle "selektive" Beschichtungen. Diese erreichen heute einen Absorptionsgrad von bis zu 95 Prozent bei einem Emissionsgrad von nur 3 bis 5 Prozent. 

Die Solarflüssigkeit transportiert Wärme in das Haus

Mit dem Absorber verbunden sind Rohrleitungen, die Solarflüssigkeit durch den Flachkollektor führen. Das Medium nimmt die thermische Energie auf und transportiert sie anschließend zum Wärmespeicher im Haus. Damit die Anlage im Winter nicht einfriert, besteht die Solarflüssigkeit meist aus Wasser und einem Frostschutz-Zusatz. 

Die Dämmung hält die Wärme im Flachkollektor

Die Wärmedämmung befindet sich an den Seitenwänden und der Rückwand der Kollektoren. Sie sorgt dafür, dass die gewonnene Energie im Gehäuse bleibt und ist somit besonders wichtig für die Effizienz der Bauteile. Ohne Wärmedämmung ginge ein großer Teil der vom Absorber gewonnenen Solarwärme über die Kollektoraußenwände an die Umgebung verloren. Auf der gleichen Fläche ließen sich damit deutlich geringere Erträge erzielen. 

Die Abdeckung lässt viel Licht in den Kollektor

Um den Flachkollektor vor Wind und Wetter zu schützen, ist er zur Sonne hin mit einer transparenten Platte abgedeckt. Diese besteht aus speziellem Glas, das möglichst viel Licht einströmen lässt. Die Abdeckung muss grundsätzlich so beschaffen sein, dass sie möglichst wenig Strahlung reflektiert oder selbst absorbiert. Andernfalls würde die Leistung der Kollektoren sinken und der Ertrag fiele niedriger aus. 

Übrigens: Soll ein Kollektor optimale Werte erzielen, muss die Abdeckung möglichst sauber sein. Vor allem in staubigen Regionen lohnt es sich dabei, regelmäßig eine Solarreinigung in Auftrag zu geben.

Vakuumflachkollektoren für mehr Leistung 

Neben den konventionellen Kollektoren gibt es auch sogenannte Vakuumflachkollektoren. Wie der Name bereits vermuten lässt, befindet sich dabei keine Luft im Kollektorkasten. Das vorherrschende Vakuum minimiert die Wärmeverluste und führt zu einer höheren Effizienz. Es erfordert allerdings eine ausgereifte Konstruktion. In der Praxis lässt sich das Vakuum nicht immer halten, wodurch der Wartungsaufwand steigt. Tritt Luft in den Flachkollektor ein, sinkt seine Effizienz auf die Werte konventioneller Kollektoren. 

Typische Kosten für Flachkollektoren im Überblick

Wie viel Flachkollektoren kosten, hängt von ihrer Größe und den eingesetzten Materialien ab. Gängig sind heute Preise von 100 bis 300 Euro pro Quadratmeter. Vakuumflachkollektoren sind etwas teurer. Diese schlagen in der Regel mit mindestens 500 Euro pro Quadratmeter zu Buche. Unabhängig davon, welche Kollektorart zum Einsatz kommt, entstehen zusätzlich Ausgaben in Höhe von 100 bis 150 Euro pro Kollektor für Anschluss- und Montagematerial.  

Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz
Fazit von Alexander Rosenkranz
Flachkollektoren sind vergleichsweise günstig, effizient und langlebig. Sie gelten als erprobt und sind eine gute Wahl, wenn es um die neue Solaranlage geht. Lediglich dann, wenn der Platz auf dem Dach knapp oder die Ausrichtung nicht optimal ist, sind Hochleistungskollektoren zu empfehlen. Zur Verfügung stehen dabei Vakuumflach- und Vakuumröhrenkollektoren. Erstere sind aufgrund des höheren Wartungsaufwandes und des instabilen Vakuums allerdings umstritten. 
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