Solarkollektoren als Bestandteil der Photovoltaikanlage

Solarkollektoren sammeln die Sonnenstrahlen, welche auf sie treffen und Energie enthalten. In den Solarkollektoren wird in der Regel eine Flüssigkeit erwärmt, die als Medium der thermischen Energie fungiert. Kollektoren, die mit Luft gefüllt sind, werden als Luftkollektoren bezeichnet. sie kommen wesentlich seltener zum Einsatz. Solarkollektoren wandeln also Sonnenstrahlung in Wärmeenergie um. Experten sprechen in diesem Falle von der Solarthermie. Geht es hingegen um das Gewinnen von elektrischer Energie, ist von der Photovoltaikanlage die Rede. Dies erfolgt auch nicht mithilfe der Solarkollektoren, sondern mit den sogenannten Solarmodulen. Erfahren Sie im nachstehenden Artikel, wie die Energieumwandlung geschieht und welche Arten von Kollektoren zu unterscheiden sind. 

Funktion und Anwendung der Solarkollektoren

Wie bereits eingangs erwähnt, sind die Solarkollektoren ein elementarer Bestandteil der Solarthermie. Die großflächigen Kollektoren sind gut sichtbar auf Dächern oder auf dem Grundstück platziert. Sie können aber auch auf Freiflächen stehen und in Form von Großanlagen als Komponente eines solaren Fernwärmesystems eingesetzt werden. 

In einfachster Form bestehen die Kollektoren nur aus Röhren, die mit dem entsprechenden Trägermedium gefüllt sind. Doch für eine optimale Wärmeausbeute, sind auch noch andere Bestandteile von Vorteil. Demnach setzen sich die Solarkollektoren aus mehreren verschiedenen Komponenten zusammen, ein wichtiges davon ist der Absorber. Dieser sorgt dafür, dass die eingefangenen Sonnenstrahlen schließlich zu Wärme umgewandelt werden, welche dann wiederum an den Wärmeträger übergeben wird. Mit seiner Hilfe wird die Wärme aus den Kollektoren abgeführt und kann schließlich direkt verwendet oder gespeichert werden. 

Eine höhere Wärmeausbeute erreichen

Damit jedoch nicht zu viel Wärme verloren geht, sind dämmende Mechanismen unverzichtbar. Würden sie über keine Wärmedämmung verfügen, ginge zu viel Wärme während der Übergabe verloren, was wiederum zu einer stark reduzierten Effizienz führen würde. Um dies zu verhindern, gibt es grundlegend zwei Möglichkeiten:

  • die Glasabdeckung 
  • die optimale Beschichtung

Mit einer Glasabdeckung wird der Treibhauseffekt genutzt. Die Sonnenstrahlen können das Glas mit minimalen Verlusten durchdringen und kann so nahezu ungefiltert auf die Rohre treffen. Für die umgewandelte thermische Energie bildet das Glas ein gutes Hindernis. Das bedeutet, unter der Abdeckung ist es wärmer als draußen (der Treibhauseffekt). Das Reflektieren der Sonnenstrahlen und das Abstrahlen von Wärme kann aber auch durch eine entsprechende Beschichtung reduziert werden. Experten sprechen hier von einer selektiven Beschichtung. Sie minimieren die Verlust an der Oberfläche auf weniger als fünf Prozent. 

Insgesamt sollten Solarkollektoren gut gedämmt sein zum Beispiel mittels eines Vakuums oder anderer Dämmmaterialien. Je nach verwendeter Dämmtechnik lassen sich die verschiedenen Typen der Kollektoren unterscheiden. 

Solarkollektoren auf dem Dach
© panthermedia.net / dovapi

Die Optik der Solarkollektoren kann sich je nach genutzter Variante unterscheiden

Angewandt werden die Solarkollektoren in der Regel auf dem Dach, da sie so besonders viele Sonnenstrahlen erreichen, ohne dass diese durch Hindernisse oder Schattenfälle blockiert werden. Etwas seltener ist eine Platzierung auf dem Erdboden des Grundstücks. In diesem Fall muss gewährleistet sein, dass das Haus oder ein großer Baum nicht den Einfall der Sonnenstrahlen blockieren, da die Anlage sonst viel von ihrem ursprünglichen Potential verlieren würde. Im industriellen Umfeld werden Solarkollektoren meist auf riesigen, flach angelegten Flächen platziert. Die Optik der Solarkollektoren kann sich je nach genutzter Variante unterscheiden. 

Arten der Solarkollektoren im Überblick

In den Privathaushalten ist der Flachkollektor besonders weit verbreitet. Wie der Name schon deutlich macht, ist die Konstruktion dieser Kollektoren sehr flach angelegt. Dadurch lassen sie sich sehr gut auf das Dach integrieren, ohne befürchten zu müssen, dass beispielsweise Vögel damit kollidieren und diese beschädigen. In der Regel werden Flachkollektoren in einem Winkel von rund 45 Grad auf der Süd- bis Süd-West-Seite des Daches platziert, um möglichst viele Sonnenstrahlen einfangen zu können. Flach heißt hier zudem: flache Absorberflächen zur Sonne gerichtet, ohne Krümmung oder Konzentration. 

Das reflexbehandelte Einfachglas ist einerseits die Abdeckung und andererseits genau für dieses "Einfangen" der Strahlen verantwortlich. Hinter dieser Glasschicht befindet sich ein mit Luft gefüllter Raum, welcher unter anderem Komponenten wie den Absorber und die zirkulierende Flüssigkeit (meist ein Gesmisch aus Wasser und Frostschutzmittel) beherbergt. Flachkollektoren haben den Vorteil, dass sie ein sehr gutes Preis-Leistungsverhältnis besitzen und robust konstruiert sind. Sie lassen sich außerdem schließend an das Dach integrieren. Nachteile liegen im hohen Montageaufwand speziell auf Flachdächern und dem eher hohen Platzbedarf zu finden. denn ihr Wirkungsgrad ist geringer als bei den sogenannten Vakuumröhrenkollektoren.

Röhrenkollektoren liefern selbst im Winter noch beachtenswerte Ergebnisse

Röhrenkollektoren werden weniger als das flache Äquivalent eingesetzt. Sie besitzen einen sehr hohen Wirkungsgrad, da sie dank der Röhre effizienter arbeiten können. Dadurch sind sie zudem recht platzsparend, auch lassen sie sich flexibel auf Dächern, Balkonen oder an Fassaden integrieren. Die Röhrenkollektoren liefern selbst im Winter noch beachtenswerte Ergebnisse. Nachteile sind vor allem bei den hohen Anschaffungskosten und der Empfindlichkeit zu suchen. Weiterhin lassen sie sich nicht schließend zum Dach verbauen. sie sind damit in Deutschland auch eher noch ein Nischenprodukt. 

Andere Arten der Solarkollektoren

Luftkollektoren, Hybridkollektoren und unverglaste Kollektoren sind für Privatverbraucher und in Deutschland eher ungeeignet. Die kommen selten oder nur im gewerblichen Umfeld zum Einsatz. Vor allem hohe Anschaffungskosten machen eine Anschaffung eher unattraktiv. Auch die teils niedrigen Wirkungsgrade oder die fehlende Eignung für wasserbasierte Heizungssysteme, wie sie häufig verwendet werden, zählen dazu.

Heizung.de Autor Philipp Hermann

Fazit von Philipp Hermann

Solarkollektoren sind das Herzstück einer Solarthermieanlage. Dabei sind die Hauptbestandteile Röhren, die meist von einem flüssigen Trägermedium durchströmt werden und der sogenannte Absorber. Letztgenannten gibt es in verschiedenen Ausführungen je nach verwendeter Solarkollektorart und je nach Einsatzgebiet. Generell lässt sich festhalten, dass Sie sich vor einem kauf von Kollektoren am besten umfassend beraten lassen sollten. Denn sie sollten nicht nur zu den Gegebenheiten des Gebäudes passen, sondern auch zu den Anwendungen. Das heißt, die frage muss beantwortet werden, ob die Solarthermie nur zum Erhitzen des Heizwassers eingesetzt werden soll oder auch die Warmwasserbereitung übernehmen sollte sowie ob noch ein ergänzendes Heizsystem zum Einsatz kommt, wenn die Sonne mal nicht scheint. Hierbei ist die frage nach einem Speicher ebenso relevant. 

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