Solarkollektoren – Arten und ihre Unterschiede

Letzte Aktualisierung am 31. März 2023 von Mika Lehmann

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Wärme stammt, mit Ausnahme von der durch Geothermie oder Nuklearenergie gewonnenen Energie, immer von der Sonne. Was liegt also näher, als das Warmwasser im Haus oder das Wasser im Heizkreislauf direkt durch die Wärmeenergie eingefangener Sonnenstrahlen zu erhitzen, so Energiekosten zu reduzieren und den ökologischen Fußabdruck zu verringern? Aus diesem Grund erfreuen sich auf deutschen Dächern und an deutschen Fassaden neben Fotovoltaikmodulen auch Solarkollektoren einer ungebremsten Beliebtheit. Hausbesitzer, die Ihren Altbau mit diesen Kollektoren ausstatten wollen, sowie Bauverantwortliche von Neubauten werden dabei mit einer Vielzahl unterschiedlicher Solarthermie-Kollektorentypen konfrontiert.

Damit Sie hier den Überblick behalten, finden Sie in diesem Artikel eine Übersicht über die gängigsten Kollektoren für Solarthermieanlagen, ihre Eigenschaften, Einsatzmöglichkeiten und ihre Kosten. Eine weiterführende Beratung können Sie durch Solaranlageninstallateure aus Ihrer Region erhalten, die Sie auf blauarbeit.de finden können. Eine solche Beratung kann auch unverbindlich und ohne Kaufabsicht beantragt werden und wird zu 80 % von dem Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) bezuschusst.

Wirkprinzip von Solarthermiekollektoren

Ganz gleich, ob Flachkollektor, Vakuumröhrenkollektor oder eine andere Variante dieser Technologie, das Grundprinzip ist immer gleich. Um die Unterschiede zwischen den Kollektortypen hervorzuheben, sollten Sie deshalb zuerst die Grundlagen verstanden haben. Ein Solarthermiekollektor besteht aus zwei Komponenten. Der Absorber stellt eine feste Komponente dar, die aus verschiedenen Materialien gefertigt ist und sich durch eine dunkle Farbe auszeichnet. So wie alle dunklen Objekte heizt sich dieser Absorber bei Sonnenschein stark auf, da er die Energie der Sonnenstrahlen absorbiert, anstatt sie zu streuen oder zu reflektieren.

Mit diesem Absorber im Kontakt ist eine Flüssigkeit, die als Solarfluid oder Solarflüssigkeit bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel, beispielsweise Glykol. Ein übliches Mischungsverhältnis beträgt 6 Teile Wasser und 4 Teile Glykol. Das Glykol verhindert, dass bei Minusgraden und fehlenden Sonnenstrahlen die Flüssigkeit in den Kollektoren gefriert, sich ausdehnt und diese beschädigt. Gleichzeitig verhindert es ein Sieden des Fluids in den teilweise mehrere Hundert Grad Celsius warmen Solarthermiekollektoren. Im Betrieb wird das Solarfluid durch seinen Kontakt mit dem Absorber erhitzt. Eine Pumpe leitet das erwärmte Solarfluid aus den Kollektoren und zu einem Wärmetauscher, wo es die gesammelte Wärme an den Heizkreislauf und/oder den Warmwasserspeicher abgibt. Das so abgekühlte Solarfluid zirkuliert dann erneut zum Absorber. Moderne Solarthermieanlagen enthalten außerdem einen Solarregler, der mit Messsonden und einem kleinen Computer alle Vorgänge überwacht und steuert. So wird die Wärmeenergie optimal ausgenutzt.

Auf Wohnhäusern verbreitete Solarkollektoren

Auf den meisten Hausdächern kommen entweder Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren zum Einsatz. Hier ein Einblick in ihren Aufbau und ihre Eigenschaften.

Flachkollektoren

Dieser Kollektortyp besteht aus einer dunklen Metallplatte (Kupfer oder Aluminium) als Absorber. Unter dieser ist eine Röhre verlegt, die mit dem Absorber in Kontakt ist und durch die das Solarfluid zirkuliert. Der Kollektor wird von einem gedämmten Rahmen umschlossen und durch eine Glasplatte vor Schmutz und Regenwasser geschützt. Sie sind robust, langlebig, verfügen über einen guten Wirkungsgrad und sind günstig. Dafür benötigen sie auf dem Dach viel Platz und stellen durch ihr hohes Gewicht erhöhte Ansprüche an die Dachstatik. Auf Hausdächern verbaut versorgen sie die Bewohner ganzjährig bei Sonnenschein mit Warmwasser für Dusche, Küche und Waschmaschine, können allerdings keinen nennenswerten Beitrag zur Heizung leisten. Inklusive Installationskosten können Sie mit Investitionskosten von 300 Euro je Quadratmeter rechnen.

Vakuumröhrenkollektoren

Vakuumröhrenkollektoren stellen für Wohnhäuser die beste Alternative zu Flachkollektoren dar. Sie befinden sich, wie der Name es schon andeutet, vollständig in Glasröhren, in denen ein Vakuum vorliegt. Da ein luftleerer Raum keine Wärme leitet, ist dies eine hervorragende Isolation für den Absorber und die Röhren für das Solarfluid. Eventuell vorhandene Parabolspiegel reflektieren das Licht von unten zusätzlich auf den Absorber, sodass ein Maximum der Sonnenstrahlen in nutzbare Wärme umgewandelt wird. Dies bezeichnet man als CPC-Kollektoren (Compound Parabolic Concentrator). Ein Untertyp sind die indirekt durchströmten Heatpipekollektoren, bei denen eine Flüssigkeit in den Röhren durch die Wärme des Absorbers erwärmt und verdampft wird. Dieser Dampf steigt auf, kondensiert und erhitzt durch die Kondensationswärme das eigentliche Solarfluid. Allen Vakuumröhrenkollektoren ist ihre hohe Leistungsfähigkeit gemein, die auch einen Beitrag zur Heizungsleistung erlaubt. Sie sind leicht und können auf allen Dachformen installiert werden. Dafür belasten sie mit 600 Euro Kosten je Quadratmeter Ihren Geldbeutel bei der Investition deutlich mehr.

Weitere wichtige Solarkollektortypen

Während Vakuumröhrenkollektoren und Flachkollektoren auf deutschen Wohngebäuden fast 100 % aller verbauten Solarthermiekollektoren ausmachen, gibt es einige weitere Typen, die für andere Einsatzzwecke gut geeignet sind. Auch hier lohnt sich ein Blick, etwa um einen Wintergarten oder einen Pool kosteneffizient zu beheizen.

Luftkollektoren

Diese Solarthermiekollektoren funktionieren analog zu den bisherigen Typen, bei ihnen wird das Solarfluid jedoch durch Luft ersetzt. Diese kann direkt in ein Gebäude geleitet werden und dieses erwärmen. Gegenüber Solarthermieanlagen mit Solarfluid benötigen diese Anlagen eine deutlich größere Fläche, um die Luft im Gebäudeinneren zu erwärmen. Man findet sie etwa auf Schulen, Schwimmbädern oder öffentlichen Gebäuden, aber auch an Industriestandorten mit einem hohen Prozesswärmebedarf. Auch an Wohngebäuden können sie eingesetzt werden und sorgen so nicht nur für Wärme, sondern auch für Frischluft für die Bewohner.

Unverglaste Kollektoren

Unverglaste Kollektoren werden auch als Poolkollektoren bezeichnet, denn für genau diesen Einsatzzweck werden sie überwiegend verbaut. Nahe eines Swimmingpools verbaut, leiten sie Wärmeenergie in das Schwimmbecken und sorgen so für angenehmen Badespaß. Wie der Name schon andeutet, sind die Schläuche des Kollektors nicht unter Glas, was die Isolation verringert. Dies ist in der Poolsaison allerdings unbedeutend. Diese Kollektorart zeichnet sich durch besonders günstige Anschaffungskosten von etwa 100 Euro je Quadratmeter Fläche aus.

Hybridkollektoren

Auf den meisten Dächern, in denen Solarthermie und Fotovoltaik eingesetzt werden sollen, werden Solarmodule und Kollektoren nebeneinander verbaut. Ist die nutzbare Dachfläche zu gering, so können Sie auf Hybridkollektoren zurückgreifen. Es handelt sich dabei um Flachkollektoren, auf denen sich Solarmodule befinden. Diese wandeln Sonnenenergie in Strom um und heizen sich dabei wie alle PV-Anlagen auf. Diese Wärme wird durch eine darunter befindliche Röhre mit Solarfluid für die Solarthermie nutzbar gemacht. Beide Anlagenteile erzielen gute Wirkungsgrade, besonders da PV-Anlagen bei geringen Temperaturen am effizientesten arbeiten.