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Solarthermie mit Röhrenkollektor

Über diesen Artikel

Lesezeit

4 Minuten

Veröffentlichung

30.04.2021

Letztes Update

30.11.2021

Solarthermie mit Röhrenkollektor. Was ist zu beachten?

Zur Heizungsunterstützung oder Warmwasserbereitung ist die Solarthermie mit Röhrenkollektoren eine effiziente Lösung. Durch die hohen Kosten lohnt sie sich aber nicht für alle.

Inhalt des Blogartikels

Worum geht es bei der Solarthermie mit Röhrenkollektoren?

Die Solarthermie ist keine neue Erfindung. Viele Menschen kennen das Prinzip noch aus ihrer Kindheit, wenn sie im Sommer die Solardusche im Garten der Großeltern benutzt haben. Dabei wird ein schwarz lackierter Wasserbehälter der Sonneneinstrahlung ausgesetzt, wodurch sich das Wasser auf angenehme Temperaturen aufheizt.

Eine Anlage für Solarthermie auf dem Hausdach verfolgt dasselbe Ziel. Statt einfacher Wasserfässer kommen allerdings heutzutage Solarthermie-Kollektoren zum Einsatz, die du je nach Auslegung, Größe und Wirkungsgrad zur Heizungsunterstützung oder zur Warmwasserbereitung einsetzen kannst.

Hauptsächlich wird zwischen den folgenden Kollektor-Typen unterschieden:

  • Flächenkollektor
  • Röhrenkollektor
  • Luftkollektor
  • Hybridkollektor

Für die Verwendung in unseren Breiten sind derzeit vor allem Flach- und Röhrenkollektoren interessant, wenn es um die Solarthermie für Einfamilienhäuser geht. Die anderen Kollektor-Arten eignen sich aufgrund ihrer Funktionsweise und der teilweise sehr hohen Kosten nur für größere Anwender, zum Beispiel Schwimmbäder oder Industrie.

Der Flachkollektor ähnelt optisch den Panels von Photovoltaikanlagen und lässt sich in der Regel relativ unauffällig auf dem Hausdach platzieren. Tatsächlich werden sie häufig mit Fenstern verwechselt.

Röhrenkollektoren sind hingegen aufgrund ihrer Bauweise auffälliger. Sie lassen sich allerdings sehr flexibel auf allen Arten von Dächern verlegen. Sogar an Fassaden oder auf dem Balkon ist die Installation einer Solaranlage mit Röhrenkollektoren möglich.

Obwohl die Südausrichtung bevorzugt wird, ist sie aufgrund der hohen Effizienz von Röhrenkollektoren keine zwingende Voraussetzung. Allerdings solltest du (wie bei allen Solaranlagen) darauf achten, dass es nicht zu Verschattungen durch Gebäude oder Bäume kommt.

Tipp: Wenn du noch mehr wissen willst, schau gern in unseren Artikel über die verschiedenen Arten von Kollektoren für Solarthermieanlagen.

 

Wie funktioniert Solarthermie mit Röhrenkollektoren genau?

Die meisten Modelle sind als Vakuumröhrenkollektoren ausgelegt. Es handelt sich nämlich nicht um einfache Rohre, sondern um sehr komplex aufgebaute Gebilde, die aus konzentrisch ineinander verbauten Glasröhren bestehen. Zwischen den Röhren befindet sich ein Vakuum. Wärmeverluste über die Luft werden somit stark reduziert oder sogar komplett vermieden. Man spricht dabei auch von Sydney-Doppelglas-Kollektoren.

Das kannst du dir in etwa vorstellen wie bei einer großen Thermoskanne. Im Inneren der Röhren befindet sich ein Wärmeübertragungsmedium, das auch als Absorber bezeichnet wird. An diesem führt wiederum ein Rohr vorbei, das seinerseits mit der zirkulierenden Solarflüssigkeit gefüllt ist. Auf diesem Wege wird die Wärme abtransportiert und über eine Umwälzpumpe dem Heizungssystem zur direkten Unterstützung oder zur Warmwasserbereitung zur Verfügung gestellt.

Manche Röhrenkollektoren sind hingegen von Metallreflektoren umgeben, die das Sonnenlicht optimal in die Röhre spiegeln. Solche Anlagen zur Solarthermie werden mit der Abkürzung CPC (Compound Parabolic Concentrator) benannt.

Zudem gibt es noch das Heatpipe-System. Dabei durchströmt nicht einfaches Wasser die Röhrenkollektoren, sondern sie enthalten eine spezielle Solarflüssigkeit. Diese verdampft beim Erreichen einer bestimmten Temperatur und gibt über Kondensation im oberen Bereich des Kollektors Wärme ab.

 

Der Wirkungsgrad ist bei Solarthermie mit Röhrenkollektoren besonders hoch

Durch die hervorragende Isolierung verlieren Solarthermieanlagen mit Röhrenkollektoren nur sehr wenig Wärmeenergie. Daher funktionieren diese Solaranlagen nicht nur im Sommer hervorragend, sondern auch in den Übergangsjahreszeiten und sogar im Winter, wenn Flächenkollektoren kaum oder keine Wärmeenergie mehr liefern können. Ein Vakuumröhrenkollektor kann aufgrund seiner besonderen Funktionsweise nämlich auch diffuse Sonneneinstrahlung sehr gut verwerten.

Röhrenkollektoren weisen im Vergleich zu Flachkollektoren einen um bis zu 30 Prozent höheren Wirkungsgrad auf. Während die meisten Flachkollektoren (je nach Dimensionierung und Umgebungsvoraussetzungen) einen Wirkungsgrad von 60 bis maximal 85 Prozent erreichen, schaffen Vakuumröhrenkollektoren problemlos 90 Prozent und mehr. Allerdings ist die Solarthermie mit Röhrenkollektor auch teurer.

Vorteile hat diese Variante vor allem auf Dächern, auf denen nicht genügend Raum für eine ausreichend dimensionierte Flachkollektor-Solarthermieanlage zur Verfügung steht. Je kleiner die Fläche, desto geringer ist der Wirkungsgrad der Flachkollektoren insgesamt. Verfügst du allerdings über ein sehr großes Dach, das perfekt nach Süden ausgerichtet ist, kannst du für dasselbe Geld deutlich mehr Flachkollektoren als Röhrenkollektoren installieren, um eine ordentliche Leistung zu erhalten. Ob sich das rechnet, lässt sich pauschal nicht sagen. Generell haben Flachkollektoren ein recht gutes Preis-Leistungsverhältnis.

Außerdem ist entscheidend, ob du mit der Solaranlage nur die Warmwasserbereitung unterstützen möchtest oder die Heizungsanlage insgesamt entlastet werden soll. Zur Heizungsunterstützung ist der Röhrenkollektor aufgrund des höheren Wärmeertrags besser geeignet. Außerdem funktionieren Röhrenkollektoren senkrecht an der Fassade montiert oder auf ungünstig ausgerichteten Dächern.

Hinweis: Durch die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) kannst du über das Teilprogramm Einzelmaßnahmen für deine Solarthermie auch eine Förderung beantragen.

Folgende Rahmendaten können dir bei der Kostenberechnung deiner Solaranlage helfen:

  • Wärmegestehungskosten von Flachkollektoren: circa 3 Cent pro kWh
  • Wärmegestehungskosten von Röhrenkollektoren: etwa 5 bis 6 Cent pro kWh
  • Kosten pro m² für Flachkollektoren: zwischen 200 und 600 Euro
  • Kosten pro m² für Röhrenkollektoren: zwischen 350 und 850 Euro
  • Montagekosten bei Flachkollektoren geringer als bei Röhrenkollektoren

Benötigte Kollektorfläche pro im Haushalt lebender Person (Annäherungswerte):

  • Flachkollektor: 1,5 m² bei Warmwasserunterstützung; 3 m² bei zusätzlicher Heizungsunterstützung
  • Röhrenkollektor: 1 m² bei Warmwasserunterstützung; 2 m² bei zusätzlicher Heizungsunterstützung

Lassen sich Röhrenkollektoren mit anderen Kollektor-Arten kombinieren?

Manche Hausbesitzer überlegen, eine bestehende Flachkollektor-Solarthermieanlage durch Röhrenkollektoren zu ergänzen oder möchten langfristig auf eine andere Kollektor-Art umsteigen. Prinzipiell kannst du verschiedene Kollektoren miteinander kombinieren. Fraglich ist, ob das sinnvoll ist, denn damit keine Energie verloren geht, muss ein Abgleichsystem zwischen die Kreisläufe geschaltet werden.

Alternativ kannst du auch gesonderte Kreisläufe für Röhrenkollektor und Flachkollektor verwenden. Allerdings sind dann die Umrüstungsmaßnahmen an der Heizungsanlage relativ aufwendig. Ohne einen Abgleich würden die unterschiedlichen Temperaturen der verschiedenen Kollektoren sich gegenseitig ungünstig beeinflussen, sodass beispielsweise die höhere Effizienz der Röhrenkollektoren durch ein Zusammenschalten mit den Flachkollektoren verloren geht.

Die Kombination von Kollektoren wird in der Regel nur bei sehr großen Anlagen (zum Beispiel Freiflächenanlagen) kommerzieller Betreiber vorgenommen. Im Einfamilienhaus ist dies nur dann sinnvoll, wenn du tatsächlich ungenutzte Dachflächen oder Fassaden mit Röhrenkollektoren nutzbar machen möchtest, die durch die Flachkollektoren nicht abgedeckt werden können.

 

Fazit: Je weniger Platz zur Verfügung steht, desto sinnvoller ist die Solarthermie mit Röhrenkollektor

Es gibt eine Reihe von Faktoren zu beachten, wenn du eine Solarthermieanlage planst. Die benötigte Kollektorfläche pro Person ist bei Röhrenkollektoren deutlich niedriger (allerdings bei höheren Anschaffungs- und Montagekosten).

Auf der anderen Seite ist das relativ hohe Gewicht von Flachkollektoren zu berücksichtigen, das zwischen 15 und 25 kg/m² liegt. Das muss dein Dach natürlich tragen können, denn je größer die Solarthermieanlage, desto höher ihr Eigengewicht. Röhrenkollektoren sind deutlich leichter. Allerdings sind sie durch die gläsernen Vakuumröhren auch sehr empfindlich, weshalb die Montage sehr sorgfältig erfolgen muss.

Die Lebensdauer liegt bei beiden Systemen bei mehr als 20 Jahren. Entscheidend ist beim Röhrenkollektor, dass das Vakuum bestehen bleibt. Kommt es hier zu Undichtigkeiten, nimmt die Effizienz der Solarthermieanlage entsprechend ab.

Vorteile von Röhrenkollektoren

  • erzielen sehr hohe Temperaturen und Wirkungsgrade auch bei schlechten Lichtverhältnissen
  • Installation auf Flachdach, Spitzdach oder sogar senkrechten Fassaden möglich
  • geringeres Gewicht als Flachkollektoren
  • geringerer Platzbedarf bei gleicher Leistung
  • auch zur Heizungsunterstützung geeignet, nicht nur für Warmwasserbereitung

Nachteile von Röhrenkollektoren

  • hohe Anschaffungskosten pro m² installierter Fläche
  • relativ hohe Wärmegestehungskosten
  • lassen sich optisch nicht so unauffällig ans Gebäude anpassen
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