Röhrenkollektoren - Aufbau, Funktion und Auslegung

Röhrenkollektoren (auch Vakuumröhrenkollektoren) wandeln die Strahlungsenergie der Sonne in nutzbare Wärme um, um das Trinkwasser zu erhitzen oder die Raumheizung zu unterstützen. Aufgrund ihrer speziellen Bauweise arbeiten die Kollektoren dabei mit einem hohen Wirkungsgrad. Sie kommen immer dann zum Einsatz, wenn die örtlichen Bedingungen nicht perfekt sind oder die Solaranlage auf kleinen Flächen viel Wärme gewinnen soll. Wie Röhrenkollektoren aufgebaut sind, wie sie funktionieren und wie Verbraucher die richtige Kollektorgröße ermitteln, erklären wir in diesem Beitrag. 

Röhrenkollektoren erzeugen Heizwärme: Was steckt dahinter?

Während konventionelle Flachkollektoren aus gedämmten Kästen bestehen, setzen sich Röhrenkollektoren aus zahlreichen einzelnen Röhren zusammen. Diese beinhalten den Absorber und ein Kältemittel, das bei Sonneneinstrahlung verdampft. Es steigt zu einem Verteiler auf und überträgt die Solarwärme hier an die Solarflüssigkeit. Letztere transportiert die Solarwärme dann in einen Brauchwasser- oder einen Pufferspeicher.

Das Besondere an den Kollektoren ist, dass jede einzelne Röhre von einem Vakuum umgeben ist. Wie bei einer Thermoskanne schützt dieses das Innere vor Wärmeverlusten. Die eintreffende Solarwärme lässt sich optimal nutzen und die Wirkungsgrade sind höher als bei konventionellen Flachkollektoren.

Hochwertige Vakuumröhrenkollektoren haben zudem einen Hohlspiegel an der Unterseite, mit dem auch das an der Innenröhre vorbei strahlende Licht eingesammelt und auf den Kollektor zurück reflektiert wird.

Zusatzheizung ergänzt die Röhrenkollektoren

Eine Solarpumpe lässt die Solarflüssigkeit zwischen den Kollektoren und dem Wärmespeicher zirkulieren. Letztere nehmen die thermische Energie auf, wenn im Haus gerade kein Bedarf besteht. Die Speicher bevorraten die Wärme und geben sie zeitversetzt an das Heizsystem oder die Warmwasserbereitung ab. 

An einem trüben Tag oder dann, wenn der Bedarf im Haus zu groß ist, kann die Sonnenwärme auch ausgehen. In solch einem Fall schaltet die Solarregelung einen Zusatzheizkessel ein. Das kann zum Beispiel eine effiziente Gastherme sein, die kurzfristig thermische Energie zur Verfügung stellt, um den Wärmebedarf im Haus zu decken. Die sogenannte Hybridheizung aus Solaranlage mit Röhrenkollektoren und Gastherme liefert zu jedem Zeitpunkt zuverlässig Wärme. Sie erfordert kein manuelles Eingreifen und sorgt somit kostengünstig für einen hohen Wärmekomfort.  

Rotes Hausdach mit Röhrenkollektoren der Solartechnik
@ Christian / Fotolia

Wie groß sollte die Fläche mit Röhrenkollektoren sein?

Wie große sollten die Röhrenkollektoren einer Solaranlage eigentlich sein? Eine Antwort auf diese Frage hängt vor allem vom Einsatz der Technik ab. Grundsätzlich unterscheiden Experten dabei die Solar-Heizung und die Warmwasser-Solaranlage.

Röhrenkollektoren für die Solarthermie zur Heizungsunterstützung

Eine Solar-Heizung speist Solarwärme in einen zentralen Wärmespeicher ein. Sie unterstützt damit die Raumheizung und senkt die Heizkosten spürbar. Voraussetzung ist allerdings eine ausreichend große Kollektorfläche. Überschlägig können Verbraucher dabei mit einer Fläche von einem Quadratmeter pro zehn Quadratmeter beheizter Wohnfläche ausgehen. Der Speicher sollte dabei etwa 60 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche fassen können.

Auslegung der Kollektoren für eine Anlage zur Warmwasserbereitung

Dient die Solaranlage nur der Warmwasserbereitung, sind weniger Röhrenkollektoren erforderlich. Überschlägig können Verbraucher hier mit einer Fläche von einem Quadratmeter pro Person rechnen. Der Warmwasserspeicher sollte dabei 60 bis 80 Liter pro Person fassen können.

Durch zahlreiche Einflussfaktoren ist individuelle Auslegung nötig

Wie hoch der solare Ertrag der Röhrenkollektoren ist, hängt aber nicht nur von der Kollektorgröße ab. Wichtige Einflussfaktoren sind außerdem die Neigung, die Ausrichtung und die Verschattung des Daches. Auch die Region, in der sich das betreffende Haus befindet, hat einen großen Einfluss auf die richtige Auslegung. Um all diese Faktoren berücksichtigen zu können, muss die Dimensionierung der Kollektoren immer mithilfe eines Experten erfolgen.

Röhrenkollektoren nutzen und Heizkosten sparen?

Letztlich ist die Entscheidung für Röhrenkollektoren nicht nur eine, die man aus Klimaschutzfaktoren trifft, sondern auch eine Überlegung zum Einsparen von Energiekosten. Die Ersparnis muss idealerweise so groß sein, dass sich die Ausgaben möglichst schnell amortisieren. Der Wirkungsgrad einer solarthermischen Anlage ist jedenfalls enorm. Im Normalfall spart eine solarthermische Anlage circa 20 bis 30 Prozent der Heizkosten. Bei überdimensionierten Anlagen kann dieser Effekt natürlich weit darüber liegen. 

Solarthermie-Anlagen mit Vakuumröhrenkollektoren haben eine wirtschaftliche Lebensdauer von circa 25 Jahren. Am effizientesten arbeiten kombinierte Systeme, welche sowohl für die Heizung wie für die Warmwasserbereitung unterstützend wirken. Sie haben ihren Kauf- und Installationspreis nach circa 10 bis 15 Jahren wieder eingespielt. Das bedeutet, dass volle zehn Jahre praktisch umsonst geheizt und geduscht werden kann. Dies sind natürlich nur Richtwerte. Wie hoch die Kosten genau ausfallen und wann sich die Ausgaben wiederum rechnen, hängt von den individuellen Gegebenheiten ab. 

Heizung.de Autor Philipp Hermann
Fazit von Philipp Hermann
Röhrenkollektoren wandeln die kostenfreie Energie der Sonne sehr effizient in Heizwärme um. Möglich ist das durch ein Vakuum, das die Wärmeverluste der Kollektoren auf ein Minimum reduziert. Durch die höheren Anschaffungskosten lohnen sich Vakuumröhrenkollektoren vor allem dann, wenn Verbraucher auf kleinsten Flächen viel Wärme gewinnen möchten oder die örtlichen Gegebenheiten nicht perfekt sind. 
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