Flachkollektoren als Option für Solarthermie

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  Sonnenkollektoren.  

Die einzelnen Bauteile von Flachkollektoren im Detail

Flachkollektoren sind aus Stahlblech gefertigt und bestehen insgesamt aus vier wesentlichen Bauteilen. Diese sind: 

• Rahmen
• Glasabdeckung
  
• Absorber
• Wärmedämmung
• Rohrleitungen 

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 der Flachkollektor für die Solarthermie optimale Werte erzielen, muss die Abdeckung möglichst sauber sein. Vor allem in staubigen Regionen lohnt es sich, regelmäßig eine Solarreinigung in Auftrag zu geben.

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 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 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 Solarthermieanlage im Winter nicht einfriert, besteht die Solarflüssigkeit meist aus Wasser und einem Frostschutz-Zusatz.  

Vakuumflachkollektoren für mehr Leistung  

Neben den konventionellen Kollektoren gibt es auch sogenannte Vakuumflachkollektoren für die Solarthermie. Wie der Name bereits vermuten lässt, befindet sich dabei keine Luft im Kollektorkasten. Das 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.    

Wie lange halten Flachkollektoren?

Ob und wann sich eine solarthermische Anlage rechnet, hängt unter anderem auch von der Lebensdauer der eingesetzten Komponenten ab. Wer wissen will, wie lange Flachkollektoren halten, orientiert sich an den Richtlinien des Vereins der Ingenieure, kurz: VDI. Deren Norm VDI 2067 setzt für die sogenannte rechnerische Nutzungsdauer 20 Jahre an – und zwar sowohl für Flachkollektoren als auch für Vakuum-Röhrenkollektoren. Der Aufwand für die Instandsetzung beziehungsweise Wartung der Komponenten wird für beide Kollektorentypen jeweils mit 0,5 Prozent der Investitionssumme pro Jahr veranschlagt. Diese Angaben dürften ausreichen, um sich ein Bild von der Langlebigkeit der Flachkollektoren zu machen.