Röhrenkollektoren: Höchstleistung auf dem Dach

Aufbau und Funktionsweise der Kollektoren einfach erklärt

Unabhängig von der Bauart haben Solarthermie-Kollektoren immer die gleiche Aufgabe: Sie sollen möglichst viel Sonnenlicht einfangen und die aufgenommene Energie verlustarm auf die Solarflüssigkeit übertragen. Erforderlich sind dazu folgende Komponenten:

• Eine vor Witterung schützende Hülle reduziert die Wärmeverluste und schirmt den Absorber vor Wind und Wetter ab. Sie besteht aus wenig reflektierendem Spezialglas.
  
• Ein dunkel eingefärbter Absorber fängt solare Strahlungswärme ein und erwärmt sich dabei. Durch eine Spezialbeschichtung absorbiert er den größten Teil der Strahlung.
• Der Wärmeträger im Absorberrohr nimmt Energie auf und erwärmt sich dabei. Die Rohre sind dazu mit der Absorberschicht verbunden.

Besonderheit: Absorber befinden sich in Vakuumröhren

Im Gegensatz zu anderen Kollektortypen befinden sich die Absorber der Röhrenkollektoren in doppelwandigen Glasröhren. Diese schließen ein Vakuum ein, welches die Wärmeverluste von innen nach außen minimiert. Das Prinzip kennen einige vielleicht von der Thermoskanne. Auch diese hat ein Vakuum in ihrer Hülle, um die Wärmeleitung über Luft und Hüllflächen zu reduzieren.

Vakuumröhren hängen an einem gemeinsamen Sammler

Um die aufgenommene Wärme auf das Heizsystem übertragen zu können, befinden sich mehrere Glasröhren an einem Sammler, der in den Solarkreislauf eingebunden ist. Strömt die Wärmeträgerflüssigkeit durch diesen hindurch, nimmt sie die kostenfreie Solarwärme auf, erwärmt sich und strömt anschließend zu einem Speicher im Haus. Hier gibt der Wärmeträger die thermische Energie ab, sodass er den Röhrenkollektor mit geringer Temperatur erneut durchströmen kann.

Unterschiedliche Anschlüsse zwischen Röhren und Sammler

Geht es um die Übertragung von Wärme aus den Vakuumröhren auf den Sammler, kommen grundsätzlich zwei Prinzipien zum Einsatz: Direkt und indirekt durchströmte Röhrenkollektoren. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Unterschiede.

Während die Durchdringung direkt durchströmter Röhrenkollektoren teilweise zu Problemen führen kann, ermöglichen diese bei der Montage volle Flexibilität. Heatpipe-Kollektoren bieten hingegen die Möglichkeit, einzelne Vakuumröhren problemlos auszutauschen. Nachteil sind die Anforderungen an den Montagewinkel. Dieser darf weder zu klein noch zu groß sein, um den Kreislauf des Wärmeträgermediums nicht zu stören.

Spiegel an den Röhrenkollektoren steigern die Leistung

Einige Vakuumröhrenkollektoren sind mit konzentrierenden Spiegeln versehen, die sich hinter den einzelnen Röhren befinden. Diese reflektieren Licht zur Absorberschicht und steigern somit die Wirksamkeit. Denn je mehr Strahlung auf die Absorber trifft, umso höher ist die Energieausbeute.

Was sind die Vorteile einer thermischen Solaranlage mit Vakuum-Röhrenkollektoren gegenüber Flachkollektoren?

Ist die Solarthermie mit Röhrenkollektoren ausgestattet, gewinnt sie auch an kalten und trüben Tagen viel Wärme. Sie lässt sich einfacher montieren und bietet Wind weniger Angriffsfläche. Die wichtigsten Vorteile im Überblick:

• vergleichsweise hoher Kollektorwirkungsgrad
• hoher Ertrag bei niedrigen Außentemperaturen
• effizient bei schwachem oder diffusem Licht
• funktioniert auch beim Ausfall einzelner Röhren
• einzelne Röhren meist einfach austauschbar
• geringere Windlast und unkomplizierte Montage

Nachteilig ist neben dem höheren Gewicht der Vakuumröhrenkollektoren der vergleichsweise hohe Preis. Außerdem ist das Verhältnis von Apertur- beziehungsweise wirksamer Absorberfläche und Gesamtfläche ungünstig, wodurch Röhrenkollektoren den vorhandenen Platz nicht optimal ausnutzen.

Einsatzbereiche und Auslegung der Vakuumröhrenkollektoren

Durch den besonders hohen Kollektorwirkungsgrad (90 Prozent und mehr) eignen sich Röhrenkollektoren für Dächer, auf denen der Platz begrenzt ist. Sie kommen außerdem bei ungünstiger Ausrichtung oder höheren Systemtemperaturen (Heizkörper-Heizung) zum Einsatz. Genau wie Flachkollektoren dienen sie dabei der Warmwasserbereitung und/oder der Heizungsunterstützung.

Wie groß sollte eine Vakuum-Röhrenkollektor-Anlage dimensioniert sein? 

Eine Antwort auf diese Frage hängt von verschiedenen Faktoren ab. Entscheidend ist beispielsweise der Einsatzbereich. So sind Warmwasser-Solaranlagen grundsätzlich kleiner als Solar-Heizungen. Ausschlaggebend sind aber auch die örtlichen Gegebenheiten, wie Ausrichtung der Dachflächen, Dachneigung und Verschattung. Eine zuverlässige Auskunft bekommen Sie daher nur von einem Planer oder Fachhandwerker, der die Situation vor Ort untersucht und individuell einschätzt. Überschlägige Richtwerte geben die folgenden Abschnitte.

Auslegung der Röhrenkollektoren zur Warmwasserbereitung  

Geht es um die  Warmwasserbereitung, genügen schon kleine Kollektorflächen, um einen Deckungsgrad von etwa 60 Prozent zu realisieren. Die Größe der Röhrenkollektoren liegt im Durchschnitt bei einem Quadratmeter pro Person. Hinzu kommt ein Speicher, der den doppelten Tagesbedarf an Warmwasser bevorraten kann. Pro Person entspricht das etwa 80 Litern.

Die Auslegungsdaten für Vakuumröhrenkollektoren im Überblick:

• 0,8 bis 1,0 m² Röhrenkollektor pro Person zur Warmwasserbereitung
• 60 bis 80 Liter Speichervolumen pro Person im eigenen Haushalt

Dimensionierung von Solaranlagen zur Heizungsunterstützung

Unterstützt die Solarthermie auch die Zentralheizung, ist eine größere Kollektorfläche erforderlich. Überschlägig können Sie hier mit 0,8 Quadratmeter pro zehn Quadratmeter beheizter Gebäudefläche rechnen, um einen Deckungsgrad von 20 Prozent zu erreichen. Hinzu kommt ein Pufferspeicher, der mindestens 50 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche beinhaltet.

Die Auslegungsdaten für Vakuumröhrenkollektoren im Überblick:

• 0,5 bis 0,8 m² Röhrenkollektor pro Person zur Warmwasserbereitung
• 50 bis 80 Liter Speichervolumen pro Quadratmeter Kollektorfläche

Günstig ist es, mindestens 1.000 Liter Speichervolumen einzuplanen, um viel Solarwärme bevorraten zu können.

Regelmäßige Wartung sichert langfristig hohe Energieausbeute

Soll sich eine Solarthermieanlage mit Vakuumröhren schneller rechnen, ist die regelmäßige Wartung Pflicht. Denn diese sorgt für eine anhaltend hohe Energieausbeute und dafür, dass weniger Reparaturarbeiten anfallen. Unsere Übersicht zeigt, welche Arbeiten dabei jedes Jahr anfallen:

• Schäden durch Marder und andere Tiere finden
• Röhrenkollektoren bei Bedarf reinigen (lassen)
• Solarkreislauf entlüften und Druck kontrollieren
• Pumpe, Ventile und Regler auf Funktion prüfen
• pH-Wert von Solarflüssigkeit und Glykol testen

In Abständen von drei bis fünf Jahren empfehlen Experten und Hersteller eine umfangreichere Wartung. Dabei geht es zusätzlich um die Kontrolle von Dichtungen, Befestigungselementen, Ventilen, Fühlern und Sensoren.

50 bis 100 Euro pro Jahr für Wartung und Reparaturen

Die Kosten der wiederkehrenden Arbeiten hängen vom Aufwand der Reparaturen ab. Auf die Röhrenkollektoren-Lebensdauer von mindestens 25 Jahren gerechnet, fallen jährlich etwa 50 bis 100 Euro an. Eingerechnet ist dabei auch der Austausch der Solarflüssigkeit, der alle vier bis acht Jahre fällig ist.

Solarthermie mit Röhrenkollektoren: Kosten und Förderung 

Röhrenkollektoren kosten überschlägig 300 bis 500 Euro pro Quadratmeter Bruttofläche und damit etwa zwei- bis dreimal mehr als konventionelle Flachkollektoren. Hinzu kommen Ausgaben für den Solarkreislauf, den Solarregler und den Wärmespeicher. Wie hoch diese sind, hängt von der individuellen Auslegung ab. Eine zuverlässige Auskunft gibt daher nur das Angebot eines Fachhandwerkers. Geht es um die Kosten im Einfamilienhaus mit drei bis vier Personen im Haushalt, können Sie für den ersten Überschlag mit folgenden Preisen rechnen:

• 5.000 bis 9.000 Euro für eine Warmwasser-Solaranlage
• 10.000 bis 15.000 Euro für die Heizungsunterstützung

Vor allem bei der Solar-Heizung können sich in der Praxis größere Abweichungen ergeben, etwa weil der gewünschte Deckungsgrad deutlich über 20 Prozent des Heizenergiebedarfs liegt.

Ist eine Solaranlage mit Vakuum-Röhrenkollektoren zwingend teurer als eine Anlage mit Flachkollektoren?  

Durch die höheren Kollektorpreise sind in aller Regel auch die Gesamtanlagen teurer. Ganzheitlich gesehen können sich die anfänglichen Mehrkosten allerdings rechnen. Und zwar immer dann, wenn die Einsparungen durch Förderung und bessere Energieausbeute höher ausfallen. Fachhandwerker vergleichen Kosten sowie Erträge beider Varianten und liefern so eine fundierte Entscheidungsgrundlage.

Wann hat sich eine thermische Solaranlage mit Vakuum-Röhrenkollektoren amortisiert?

Eine Antwort auf diese Frage ist nur individuell zu finden. Denn neben dem Kollektortyp hängen Energieausbeute und Einsparungen von zahlreichen Faktoren ab. Beispiele dafür sind der Installationsort, die Ausrichtung oder die Neigung der Kollektoren. Die Zeit für die Amortisation der Solarthermie liegt demnach bei zehn bis 20 Jahren. Eine zuverlässige Aussage geben Planer oder Fachhandwerker im Rahmen der individuellen Untersuchung.

Förderung senkt die Kosten von Vakuumröhrenkollektoren und Co.

Über die  Bundesförderung für effiziente Gebäude  für Einzelmaßnahmen (BEG EM) und den Steuerbonus für die Sanierung fördert der Staat das Nachrüsten von Solaranlagen im Bestand. Verfügbar sind attraktive Zuschüsse oder steuerliche Vergünstigungen für Warmwasser- sowie Heizungs-Solaranlagen. Welches Förderprogramm das Richtige für Sie ist und wie Sie die Mittel richtig beantragen, erklären wir im Beitrag zur Förderung der Solarthermie. Beachten Sie, dass Förderanträge für einen Zuschuss unbedingt vor der Vergabe von Liefer- und Leistungsverträgen zu stellen sind.