Sonnenkollektoren: Solarenergie auf dem Dach gewinnen

Sonnenkollektoren: Aufbau unter die Lupe genommen

Unabhängig davon, ob es sich um flache Solarkollektoren oder um Kollektoren mit Röhren handelt, besteht ihr Aufbau im Wesentlichen aus folgenden Komponenten:

• Kollektorrahmen
• Solarglas
• Absorber
• Dämmstoff
• Rohrsystem

Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die Besonderheiten und die Funktion jedes Bauteils:

Kollektorfläche: Wie groß sollten Sonnenkollektoren sein?

Die richtige Größe der Kollektoren richtet sich neben den Bedingungen auf dem Dach vor allem nach dem geplanten Einsatzzweck. Unterscheiden lassen sich Anlagen zur Warmwasserbereitung und zur Heizungsunterstützung.

Größe der Solarkollektoren für die Warmwasserbereitung

Eine Solaranlage zur Warmwasserbereitung nutzt die Energie der Sonne, um Trinkwasser zum Duschen, Baden oder Spülen zu erhitzen. Wollen Hausbesitzer Sonnenkollektoren zur Warmwasserbereitung anschaffen, sollten sie folgende Maße berücksichtigen:

• 1,0 bis 1,2 Quadratmeter flache Kollektoren je Person im Haushalt
• 0,8 bis 1,0 Quadratmeter Vakuumröhrenkollektoren je Person im Haushalt

Die benötigte Fläche kann größer ausfallen, wenn das Dach eine ungünstige Ausrichtung hat oder verschattet ist. Eine zuverlässige Antwort gibt zum Beispiel ein erfahrener Installateur vor Ort.

Welche Fläche wird für die Heizungsunterstützung genutzt?

Die Solarheizung unterstützt die konventionelle Heizungstechnik mit kostenfreier Solarwärme. Da hier mehr Energie nötig ist, fällt die Auslegung der Solarkollektoren in der Regel größer aus. Wie groß die Fläche sein sollte, hängt von den individuellen Bedingungen und dem gewünschten solaren Anteil ab. Wollen Hausbesitzer Sonnenkollektoren zur Unterstützung der Heizung anschaffen, können sie überschlägig mit dem folgenden Wert rechnen:

• 1,0 Quadratmeter Kollektorfläche je 10,0 Quadratmeter beheizter Gebäudefläche

Da nicht jedes Haus gleich ist und sich die Anforderungen an eine solche Anlage stark unterscheiden können, empfehlen wir auch hier eine individuelle Beratung. Denn nur so lässt sich die optimale Kollektorfläche finden.

Solarkollektoren: Arten und Unterschiede

Eine Solaranlage kann die kostenfreie Sonnenenergie unterschiedlich verarbeiten. Wird sie durch die Sonnenkollektoren in Strom umgewandelt, handelt es sich um eine Photovoltaikanlage. Die Sonnenkollektoren einer Solarthermieanlage hingegen, auch Solarkollektoren genannt, wandeln das Licht der Sonne in nutzbare Wärme um, etwa für die Heizung oder das Warmwasser. Wie effizient das funktioniert, hängt von ihrem Aufbau ab. Grundsätzlich lassen sich drei Bauarten voneinander unterscheiden.

• Flachkollektoren
• Vakuumröhrenkollektoren
• Vakuumflachkollektoren

Auf deutschen Dächern finden sich überwiegend Flach- und Vakuumröhrenkollektoren, die konventionell oder im  Tichelmann-System  miteinander verbunden sind. Letzteres ermöglicht eine optimale Hydraulik und geringe Stromkosten der  Solarpumpe. Diese Kollektoren, als Heizungs- oder  Warmwasserkollektoren  genutzt, haben den Vorteil, dass sie gut gegen Witterung geschützt sind. Darüber hinaus gibt es weitere Kollektorarten, wie Schwimmbadabsorber oder Mischformen der Flach- und Röhrenkollektoren.

Trotz der genannten Unterschiede haben alle diese Kollektorenarten eine Gemeinsamkeit: Sie sollten regelmäßig gewartet werden, um einen effizienten Betrieb zu gewährleisten.  

Flachkollektoren – preisgünstig und bewährt

Zeigt das Dach in die richtige Richtung und ist die nicht verschattete Fläche groß genug, können Hausbesitzer Flachkollektoren anschaffen. Man erkennt sie schnell an ihrem kasten-artigen Aufbau. Dieser besteht aus einem stabilen Gehäuse, das zur Sonne ausgerichtet und mit einer Glasscheibe abgedeckt ist.

Im Inneren der Bauteile befindet sich der Absorber. Das ist eine dunkel gefärbte Platte aus Kupfer, die sich im Licht der Sonne erwärmt. Rohre an der Rückseite geben die erzeugte Wärme an ein Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser ab, die sogenannte Solarflüssigkeit. Die Abdeckungen sind eben, wodurch eine zu hohe Konzentration der Sonnenstrahlen an bestimmter Stelle verhindert wird. Damit der Kasten selbst möglichst wenig Wärme verliert, ist er von Innen mit einer schützenden Dämmschicht ausgekleidet.

Flachkollektoren lassen sich auch als Dacheinbau montieren und ersetzen dann die Dacheindeckung (Ziegel).

Kollektoren mit Röhrenaufbau: hohe Wirkungsgrade

Kollektoren mit Röhren beziehungsweise mit Vakuumröhren setzen dort an, wo die flachen Solarkollektoren erste Schwächen aufweisen. Absorbiert wird über die vielen einzelnen Glasröhren, die über einen Verteiler und Sammler miteinander verbunden sind. Sie sind zudem doppelwandig, mit einem Vakuum zwischen den Wänden. Wie bei einer Thermoskanne reduziert dies Wärmeverluste und hilft, möglichst viel Energie an das Heizsystem zu übertragen. 

Röhrenkollektoren können nur oberhalb der Dacheindeckung montiert werden.

Schwimmbadabsorber: preiswert aber eingeschränkt

Schwimmbadkollektoren dienen vorzugsweise als Kollektoren für die  Poolheizung. Sie sollen lediglich eine niedrige konstante Temperatur bereitstellen. In der Regel wird bei diesen Solarkollektoren ein simpler, aus Kunststoff gefertigter Absorber verbaut. Dieser ist korrosionsbeständig und wetterfest. Schwimmbadkollektoren sind preiswert, eignen sich aber kaum für anspruchsvolle Aufgaben wie das Heizen der Wohnung oder des Hauses oder die Aufbereitung von Warmwasser. Die Wärmeverluste im Winter sind vergleichsweise hoch.  

Warmluftkollektoren für Lüftungsanlagen

Mit Luft arbeitende Kollektoren weisen im Vergleich zu den anderen Varianten einen grundlegenden Unterschied auf. Sie erhitzen keine Flüssigkeit sondern 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.

Weitere Kollektorarten

Es gibt weitere Arten von Solarkollektoren, die aber entweder noch nicht zur Marktreife gelangt sind, oder sich aus verschiedenen Gründen in unseren Breitengraden nicht für den Hausgebrauch rentieren. Zu diesen sonstigen Arten zählen:

• Hybridkollektoren
• Konzentrierte Kollektoren
• Speicherkollektoren

Vor- und Nachteile von Flachkollektoren

Bei Flachkollektoren treffen viele Vorteile aufeinander, angefangen beim sehr günstigen Preis über die robuste Konstruktion bis hin zu dem hohen Wirkungsgrad. Ein Nachteil ist, dass der Wirkungsgrad bei sehr hohen Temperaturen konsequent sinkt. Das liegt an den unvermeidlichen Wärmeverlusten, die bei diesem Kollektorentyp umso größer sind, je mehr sich die Temperatur zwischen Absorber und Außenluft unterscheidet.

Ausführliche Informationen finden Sie im Beitrag "Flachkollektoren – häufige Option für Solarthermie".

Vor- und Nachteile von Kollektoren mit Röhrenaufbau 

Im direkten Vergleich mit den Flachkollektoren gewinnen Vakuumröhrenkollektoren auf gleicher Fläche mehr nutzbare Wärme. Sie können bis zu 95 Prozent der auftreffenden Solarenergie umwandeln. Dafür sind sie teurer und eignen sich vor allem, wenn das Dach zu klein, zu flach oder ungünstig ausgerichtet ist. Die aufwendige Technik sollte regelmäßig gewartet werden. Das verhindert unter anderem, das mit der Zeit Luft ins Kollektorgehäuse dringt und den Einspareffekt zunichte macht. Sollte dies der Fall sein, ist ein Austausch erforderlich. 

Im direkten Vergleich mit den Flachkollektoren gewinnen Vakuumröhrenkollektoren auf gleicher Fläche mehr nutzbare Wärme. Sie können bis zu 95 Prozent der auftreffenden Solarenergie umwandeln. Dafür sind sie teurer und eignen sich vor allem, wenn das Dach zu klein, zu flach oder ungünstig ausgerichtet ist. Die aufwendige Technik sollte regelmäßig gewartet werden. Das verhindert unter anderem, das mit der Zeit Luft ins Kollektorgehäuse dringt und den Einspareffekt zunichte macht. Sollte dies der Fall sein, ist ein Austausch erforderlich.

Mehr zu diesem Bauteil einer Solaranlage finden Sie im Beitrag "Röhrenkollektoren – Aufbau, Funktion und Auslegung". 

Kosten im Vergleich

Bei der Entscheidung für eine bestimmte Art von Sonnenkollektoren und ihre Dimensionierung spielt der Preis eine wichtige Rolle. Vergleicht man Flach- und Vakuumröhrenkollektoren miteinander, ergeben sich inklusive Montage und Zubehör folgende Kosten.

• Flachkollektoren kosten rund 300 bis 600 Euro je Quadratmeter
• Vakuumröhrenkollektoren kosten rund 500 bis 800 Euro je Quadratmeter

Staatlich gefördert: Neueinbau und Erweiterung

Da Solaranlagen besonders umweltschonend arbeiten, fördert der Staat sowohl die Errichtung als auch die Erweiterung bestehender Anlagen. So können Sie Zuschüsse als Einzelmaßnahme beantragen oder steuerliche Vergünstigungen nutzen. Geht es um einen Neubau, können Sie hingegen auf die Effizienzhausförderung zurückgreifen. Genau wie die BEG-Zuschüsse zum Sanieren sind diese vor der Vergabe von Liefer- und Leistungsverträgen zu beantragen. Wie das funktioniert und welche Konditionen aktuell gelten, darüber informieren wir im Beitrag zur Förderung der Solarthermie.

Solarkollektoren im Test

Wie schneiden die verschiedenen Arten von Kollektoren in der Praxis ab, und für wen eignet sich welche Lösung? Die Stiftung Warentest hat in der Vergangenheit 13 Kombisolaranlagen und Solarkollektoren im Test verglichen und überwiegend gute bis sehr gute Noten vergeben. Die Testkriterien und Ergebnisse sind ein hilfreicher Indikator dafür, worauf es sich bei der Auswahl von Kollektoren zu achten lohnt.  

Kriterien für die Auswahl

Um die Komplettsysteme vergleichen zu können, legten die Experten eine Reihe von Kriterien fest. Die Wahl fiel auf Komplettsysteme namhafter Hersteller in der Preisspanne zwischen 5.650 und 18.500 Euro. Abgesehen vom Preis ging es den Prüfern darum, wie hoch der solare Nutzungsgrad der Systeme war und wie viel Gas oder Heizöl sie einsparen konnten. Die folgende Liste zeigt, welche Kriterien eine Rolle spielen:

• solarer Nutzungsgrad der Systeme
• wie viel Gas oder Heizöl lässt sich einsparen?
• zur Herstellung verwendete Materialien
• Energieaufwand bei der Produktion
• Stromverbrauch für Regelung und Pumpen
• Betriebsverhalten und Funktionalität
• Verarbeitung und Haltbarkeit
• Montage, Anleitung, Wartungsbedarf

Wichtig zu wissen:  Mögliche Einsparungen hängen nicht allein von den Solarkollektoren ab. Wichtig sind die Gesamtsysteme. Auch Faktoren wie Ausrichtung, Neigung und Region beeinflussen die Erträge.

Testergebnis: Teuer nicht gleich gut

Die getesteten Solarkollektoren sparten rund ein Viertel der Heizkosten ein. Zum Testsieger kürten die Prüfer eine Anlage mit Flachkollektoren. Eine Variante mit Vakuumröhrenkollektoren kam auf Platz drei. Generell zeigte sich, dass die Anschaffungskosten nicht immer Auswirkungen auf die Ergebnisse haben. Und: Zumindest zum Testzeitpunkt hatte viele Hersteller Nachholbedarf in Sachen Handhabung.

Die folgende Tabelle bietet eine Übersicht über die im Test festgestellten  Nutzungsgrade  der Kollektorenarten: