Flachkollektoren oder Röhrenkollektoren: Worin sie sich unterscheiden und welche Vorteile sie bieten

Im Zuge des aktuellen Nachhaltigkeitstrends sind Solarthermie-Anlagen stark im Kommen. Als Unterkategorien stehen Flach- und Röhrenkollektoren zur Auswahl. Wie sich die beiden Varianten unterscheiden und welche sich je nach Dach und Zweck besser eignen, ist gar nicht so einfach zu durchschauen. In diesem Artikel erklären wir Ihnen, wo die Unterschiede zwischen Flach- und Röhrenkollektoren liegen und was es bei der Wahl zu beachten gibt.

> Wie sind Flachkollektoren aufgebaut und wie funktionieren sie?
> Wo sind die Einsatzorte bzw Verwendungsmöglichkeiten der Flachkollektoren?
> Welche Vor- und Nachteile haben Flachkollektoren?
> Wie sind Röhrenkollektoren aufgebaut und wie funktionieren sie?
> Wo sind die Einsatzmöglichkeiten von Röhrenkollektoren?
> Was sind die Vor- und Nachteile von Röhrenkollektoren?
> Was ist der Fazit beim Vergleich beider Kollektoren?

Wie Flachkollektoren aufgebaut sind und wie sie funktionieren

Das Hauptcharakteristikum eines Flachkollektors ist seine Ausrichtung zur Sonne, die im Gegensatz zu den meisten gekrümmten Kollektoren sehr flach und eben ist. Alle Flachkollektoren verfügen über eine Abdeckung, die dafür sorgt, dass die Sonnenstrahlen selbst bei einem sehr flachen Einfallswinkel vollständig in das Kollektorinnere gelangen. Die Aufgabe der Abdeckung ist demnach, keine Strahlen und Wärme entweichen zu lassen. Als Material für die Abdeckung wird in den meisten Fällen Solarglas verwendet. Dieses wird in der Regel mit einer Beschichtung versehen, welche Reflexionen verhindern soll, damit das Sonnenlicht nicht zurückgeworfen wird und mehr Energie aufgefangen und in Wärme umgewandelt werden kann. Inzwischen wird meistens eine Beschichtung auf Titanbasis verwendet.

Ein weiterer Bestandteil eines Flachkollektors ist der Absorber, der wichtigste Teil der Solaranlage. Dies ist die bestrahlte Fläche unter der Abdeckung, auf die die Sonnenstrahlung auftrifft. Innerhalb dieser Fläche befindet sich Solarflüssigkeit, welche die Energie aufnimmt und an die Verbrauchsstelle weitergibt. Der Absorber wandelt die auftreffenden Sonnenstrahlen demnach durch Absorption in Thermoenergie um.

Von elementarer Bedeutung bei einem Flachkollektor ist zudem die Oberflächenbeschichtung. Diese entscheidet, wie hoch die Leitfähigkeit des Kollektors ist und bestimmt demnach über seine Effizienz. Die Beschichtung soll dafür sorgen, dass mindestens 90 Prozent der Strahlungen aufgenommen werden. Wichtig ist zudem, dass sie kurzwellige Strahlen von 300 bis 3500 nm Wellenlänge mithilfe von Absorption auffangen soll. Des Weiteren sollen unter 10 Prozent der aufgenommenen Strahlen durch Emission als langwellige Strahlung abgegeben werden. Die Beschichtung des Flachröhrenkollektors erfolgt zumeist durch Schwarzchrom, der allerdings als krebserregend gilt und deshalb durch neuere und umweltfreundlichere Materialien, wie zum Beispiel Keramik-Metall-Strukturen, zunehmend vom Markt verdrängt wird.

An der Rückseite eines Kollektors befindet sich zudem eine Wärmedämmung, welche verhindert, dass die umgewandelte Energie wieder verloren geht. Somit sollen an der sonnenabgewandten Seite Wärmeverluste niedrig gehalten werden. Aufgrund der hohen Temperaturen, denen Flachkollektoren ausgesetzt sind, können als Dämmung ausschließlich hitzebeständige Materialien verwendet werden. Geeignet dafür sind Mineralwolle, Schaumglas oder unter Umständen Holzfaserdämmplatten. Schaum aus Polyurethan oder Ähnliches wird dagegen nur in Bereichen eingebaut, die weniger beanspruchend sind. So zum Beispiel bei Schwimmbadabsorbern, an die niedrigere Temperaturanforderungen gestellt werden. Kollektoren, die mit Dämmstoffen Wärmeverluste verhindern, eignen sich vom Preis-Leistungs-Verhältnis deutlich besser.

Des Weiteren verfügen die Kollektoren über einen Rahmen, der die einzelnen Teile zusammenhält und stabilisiert. Meist wird als Material dafür Aluminium oder Kunststoff verwendet, Holz ist ebenfalls möglich. Zuletzt verfügt jeder Kollektor über ein Gestell, mit dem die Anlage auf dem Dach aufgebaut werden kann.

Verwendungsmöglichkeiten bzw. Einsatzorte von Flachkollektoren

Flachkollektoren eignen sich optimal für die Erwärmung von Wasser. Besonders oft werden sie deshalb in Schwimmbädern zur Wassererwärmung genutzt. Oft wird diese Art der Kollektoren für die Erwärmung von Gemischen aus Wasser und Frostschutz genutzt oder um Luft aufzuwärmen. Somit können Flachkollektoren zur Unterstützung der Heizung auf Hausdächern montiert werden, um das Aufheizen des Hauses und des Wassers für den Haushalt zu gewährleisten.

Vor- und Nachteile von Flachkollektoren

Flachkollektoren sind preiswert, da sie eine praktische Kombination aus einfachem, aber robustem Aufbau vereinen und die Systemkosten somit recht gering ausfallen. Die Kosten für Flachkollektoren sind geringer als bei Röhrenkollektoren - pro Quadratmeter kosten Flachkollektoren circa 250 Euro. Sie lassen sich außerdem sehr leicht aufbauen. Mithilfe einer detaillierten Anleitung sollte einer privaten Montage ohne Handwerker nichts im Wege stehen. Zudem ist ihre Wirkungsweise sehr effektiv und die Anlagen sind aufgrund ihrer Bauweise sehr robust. Aus diesem Grund werden Flachkollektoren in Deutschland am häufigsten verwendet. Dafür nutzen Flachkollektoren geringere Temperaturen als Röhrenkollektoren, circa 100 bis 180 °C. Dadurch wird das Material aber wesentlich weniger belastet und ist somit deutlich langlebiger als bei Röhrenkollektoren. Flachkollektoren, deren Solarglas 4 mm beträgt, sind sehr beständig gegenüber Hagel und anderen Umwelteinflüssen und damit wesentlich sicherer als Röhrenkollektoren, deren Glas meist weniger dick ist.

Wie Röhrenkollektoren aufgebaut sind und wie sie funktionieren

Grundsätzlich funktionieren alle Solarthermie-Anlagen ähnlich. Röhrenkollektoren unterscheiden sich aber in mancher Hinsicht von Flachkollektoren. Der Absorber bei Röhrenkollektoren befindet sich in doppelwandigen Glasröhren, wodurch die Wärmeverluste von innen nach außen minimiert werden sollen. Zudem befinden sich in dem Gerät mehrere Glasröhren in einem Sammler. Dieser ist in den Solarstromkreislauf integriert und überträgt die aufgenommene Wärme auf das Heizsystem. Die Wärmeträgerflüssigkeit strömt durch den Sammler, nimmt die dort eingefangene Solarwärme auf, erwärmt sie und transportiert diese anschließend zu einem Speicher, der sich meistens im Haus befindet. Die thermische Energie wird dort abgegeben, sodass die Wärmeträgerflüssigkeit anschließend den Röhrenkollektor mit niedriger Temperatur erneut durchströmen kann.

Beim Anschluss von Röhren und Sammlern wird zwischen direkten und indirekt durchströmten Röhrenkollektoren unterschieden. Bei direkt durchströmten Rohren führen diese aus dem Sammler durch Glasröhren mit doppelter Wand, die ebenfalls von dem Wärmeträger durchströmt werden. Bei indirekt durchströmten Rohren hingegen befindet sich der Wärmeträger in einer Röhre am Absorber. Sobald sich die Rohre erwärmen, verdunstet es. Der aufsteigende Dampf überträgt daraufhin die Thermoenergie auf den Sammler mithilfe eines Wärmetauschers und kondensiert dabei. Danach sinkt die Flüssigkeit wieder herunter und der Prozess startet erneut.

Einsatzmöglichkeiten von Röhrenkollektoren

Direkt durchströmte Röhrenkollektoren eignen sich besonders gut für Schräg- und Flachdächer oder Fassaden. Röhrenkollektoren mit indirekt durchströmten Röhren eignen sich für Schrägdächer oder für die Aufständerung auf Flachdächern. Der Neigungswinkel variiert je nach Anlage und Dach - bei Flachdächern eignet sich beispielsweise eine Ausrichtung von 45 Grad besonders gut.

Aufgrund des enorm hohen Wirkungsgrad des Kollektors, der mindestens bei 90 Prozent liegt, sind Röhrenkollektoren vor allem für Dächer geeignet, auf denen nur begrenzt Platz vorhanden ist. Auch wenn die Ausrichtung nicht optimal möglich ist oder sehr hohe Systemtemperaturen vorliegen, kommen Röhrenkollektoren zum Einsatz und erzielen gute Resultate. Ebenso wie Flachkollektoren werden sie zwecks der Warmwasseraufbereitung oder zur Unterstützung der Heizung verwendet.

Vor- und Nachteile von Röhrenkollektoren

Röhrenkollektoren sind etwas teurer als Flachkollektoren - pro Quadratmeter liegen die Anlagen bei circa 400 Euro. Nichtsdestotrotz verwenden Röhrenkollektoren aber deutlich höhere Temperaturen, nämlich mehr als 250 °C. Besonders im Bereich der Prozesswärme sind sie daher empfehlenswert. Dennoch besteht die Gefahr, dass sich die Solarflüssigkeit durch die hohe Temperaturbelastung zersetzt und verkrustet. Mithilfe der richtigen Solarflüssigkeit oder einem Drain-Back-System – welches die Kollektoren automatisch bei Pumpenstillstand durch die Schwerkraft entleert – kann dieses Problem umgangen werden. Da das Solarglas meist nur 2,2 mm dick ist, ist hier die Gefahr eines Hagel- oder Unwetterschadens höher als bei Flachkollektoren. Dafür funktionieren Röhrenkollektoren bei schwachem und diffusem Licht immer noch sehr effizient.

Generell sind Röhrenkollektor leistungsstärker als Flachkollektoren, ihre Leistung kann bis zu 30 Prozent über der Leistung der Flachkollektoren liegen. Direkt durchströmte Röhren sind bei der Montage sehr flexibel. Bei indirekt durchströmten Röhren ist es dafür problemlos möglich, einzelne Röhren im Fall eines Schadens auszutauschen. Röhrenkollektoren funktionieren allerdings für gewöhnlich auch weiterhin, wenn einzelne Röhren ausgefallen sind. Ein Nachteil der indirekt durchströmten Kollektoren liegt hingegen darin, dass der Montagewinkel weder zu groß noch zu klein sein darf, damit das Gerät einwandfrei funktioniert.

Fazit: Flachkollektor oder Röhrenkollektor?

Solarthermie-Anlagen liegen aufgrund des gesteigerten Umweltbewusstseins im Trend. Wer eine Solaranlage erwerben möchte, muss sich zwischen Flach- und Röhrenkollektoren entscheiden. Beide Gerätetypen verfügen über Vorteile, beispielsweise sind Flachkollektoren günstiger, wetterbeständiger und problemlos zu installieren, während Röhrenkollektoren leistungsstärker sind, nur wenig Platz benötigen und einzelne Röhren ausgetauscht werden können.
Praktischerweise werden Kollektoren von der Regierung gefördert, weshalb dem Kauf nichts mehr im Wege steht, sobald die Wahl auf die passende Anlage gefallen ist.

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