Flachkollektoren – effiziente Wärmeerzeugung mit Sonnenkraft

Was ist ein Flachkollektor?

Bei einem Flachkollektor handelt es sich um einen Solarkollektor zur Umwandlung von Sonnen- in Wärmenergie, der sich durch seine besonders niedrige Bauhöhe auszeichnet. Durch die flache Bauweise lassen sich diese Kollektoren sehr gut in bestehende Dachflächen integrieren.

Aufbau eines Flachkollektors

Ein Flachkollektor besteht zunächst aus drei zentralen Bauteilen: dem Absorber, einer durchsichtigen Abdeckung sowie einem Rahmen.

• Absorber:

Dieses Bauteil hat die Aufgabe, die Energie der Sonnenstrahlen einzufangen. Er besteht aus mehreren übereinander montierten Kupfer- oder Aluminiumblechen. Um die Strahlungsaufnahme zu erhöhen, ist das Absorberblech schwarz oder „galvanisch blau“ lackiert.

Unter dem Absorberblech befindet sich ein Rohrsystem, durch welches das Trägermedium fließt. Dabei handelt es sich meist um Wasser, das mit Frostschutzmittel vermischt wurde, damit die Flüssigkeit bei Minusgraden nicht gefriert und Wärme besser leitet.

Je nach Ausführung des Flachkollektors variiert das Rohrsystem für den Wärmeübertrager. Bei sogenannten Vollflächenabsorbern sind die Rohre mäander- oder serpentinenförmig angeordnet und auf einem einzigen Blech montiert.

Werden Streifenabsorber in einem Flachkollektor verbaut, werden mehrere Absorberbleche aneinandergereiht, wobei auf jedes Blech ein Rohr geschweißt wurde. Diese auch „Finnen“ genannten Bleche werden jeweils an den Enden in einem umschließenden Rohr zusammengeführt.

Kissenabsorber hingegen bestehen aus einem Absorberblech, das mit einem weiteren Blech einen Hohlraum bildet, durch welchen die Wärmeträgerflüssigkeit strömt.

• Abdeckung:

Um den Absorber abzudecken, wird überwiegend gehärtetes Sicherheitsglas, auch Solarglas genannt, verwendet. Dieses besondere Glas zeichnet sich zum einen durch seine große Härte aus, die zum Beispiel Hagel oder anderen Witterungseinflüssen widersteht.

Zum anderen lässt Solarglas besonders viel Licht zum Absorber durch. Das Solarglas moderner Flachkollektoren lässt mittlerweile bis zu 92 Grad (=Transmissionsgrad) der Sonnenstrahlen durch. Um die Transmissionsgrade zu erhöhen wird sogenanntes „Antireflex-Solarglas“ verwendet.

• Rahmen:

Der Rahmen von Flachkollektoren besteht je nach Hersteller und Modell aus Aluminium, Edelstahl, verzinktem Stahlblech oder Kunststoff. Seltener wird Holz dafür verwendet. Unabhängig vom verwendeten Material sind Seiten und Rückseite des Gehäuses wärmegedämmt, um die Wärmeverluste so gering wie möglich zu halten. Für die Wärmedämmung wird wie in Häusern Dämmwolle verwendet.

Funktionsweise des Flachkollektors

Flachkollektoren nutzen die Sonnenenergie, um Wärme zu erzeugen. Zunächst treffen die Sonnenstrahlen auf die transparente Abdeckung, durchdringen diese zu über 90 Prozent und erreichen anschließend die wärmeleitenden Bleche des Absorbers. Dessen dunkle Oberfläche sorgt für eine besonders intensive Strahlungsaufnahme.

Die in dünnen Schichten aufeinanderliegenden Bleche erwärmen sich durch die Sonnenstrahlen und geben die Wärme an die Trägerflüssigkeit im Rohrsystem weiter. Von dort wird das warme Wasser zu einem Wärmetauscher geführt, wo Brauch- oder Heizungswasser erwärmt werden.

Nach der Wärmeübergabe wird die Solarflüssigkeit wieder zurück in den Flachkollektor gepumpt. Auf diese Weise ergibt sich ein konstanter Kreislauf aus Erwärmung, Wärmeübergabe, Abkühlung und erneuter Erwärmung.

Noch mehr Effizienz mit Vakuum-Flachkollektoren

Wie bei Röhrenkollektoren kann auch bei Flachkollektoren Vakuum genutzt werden, um die Wirkungsgrade der Solaranlage zu erhöhen. Zwischen Absorber und Abdeckung wird zu diesem Zweck die Luft abgesaugt, sodass ein Vakuum entsteht. Der Unterdruck verringert die Wärmeverluste bei der Übertragung der Wärme über die Luft im Zwischenraum zwischen Absorber und Solarglas.

Vorteile von Flachkollektoren gegenüber anderen Solarthermie-Kollektoren

Flachkollektoren haben gegenüber Röhrenkollektoren verschiedene Vorteile. Zum einen sind sie deutlich günstiger in der Anschaffung. Als Faustregel lässt sich aufstellen, dass Röhrenkollektoren pro Quadratmeter Kollektorfläche doppelt so teuer sind wie Flachkollektoren.

Zu den weiteren Vorteilen zählt die sehr effiziente Wärmedämmung, welche Wärmeverluste im Vergleich zu Röhrenkollektoren deutlich verringern kann. Damit sind Flächenkollektoren auch in der kälteren Jahreszeit meist effizienter.

Rein optisch haben Flachkollektoren den Vorzug, dass sie sich fast bündig in eine bestehende Dachfläche integrieren lassen, während Röhrenkollektoren aufgrund ihrer größeren Tiefe immer überstehen.

Nachteile von Flachkollektoren

Im Gegensatz zu Röhrenkollektoren sind Flachkollektoren im Verhältnis zur Fläche nicht so effizient. In der Praxis bedeutet dies, dass Sie eine größere Kollektorfläche benötigen, um die gleiche Menge an Wärmeenergie zu erzeugen wie ein Röhrenkollektor. Geringere Wirkungsgrade erzielen Flachkollektoren außerdem dann, wenn zum Beispiel Wind über die Anlage weht. Die flache Oberfläche bietet dann mehr Angriffsfläche als die eher verwinkelten Röhren.

Ausgleichen lässt sich dieses Manko jedoch durch eine größere Kollektorfläche. Da Flachkollektoren günstiger sind als Röhrenkollektoren, kann eine größere Fläche mit weniger finanziellem Aufwand erreicht werden.

Grundsätzlich sind Flachkollektoren jedoch aufgrund ihrer eingeschränkteren Leistung auf die Heizungsunterstützung beschränkt. Um auch Brauchwasser zu erwärmen, reicht die Effizienz der Anlagen meist nicht aus, es sei denn, sie werden sehr groß geplant. Doch so große Kollektorflächen sind nicht immer möglich.

Fazit

Letztlich spielt es für Eigenheimbesitzer keine zentrale Rolle, welchen Wirkungsgrad die Solarthermie-Anlage aufweist. Denn die Sonnenenergie ist kostenlos. Weitaus wichtiger ist, dass die erzeugte Energie für den eigenen Bedarf ausreicht. Deshalb sollten Flächenkollektoren sinnvoll dimensioniert werden. Darüber hinaus ist eine Kombination mit einem Solarspeicher oder besser Solarthermiespeicher wie einem Pufferspeicher wichtig. So kann nämlich überschüssige Energie sinnvoll genutzt werden. Denn nicht immer dann, wenn die Sonne am stärksten scheint, brauchen wir die volle Wärmeenergie.

Nutzen Sie am besten die Expertise eines SHK-Fachbetriebs in Ihrer Umgebung. So können Sie schnell und einfach herausfinden, ob Röhren- oder Flachkollektoren besser für Ihr Haus geeignet sind.

Statt Solarthermie sind Wärmepumpen die beste Lösung als alleiniges Heizsystem. Sie erfüllen alle Anforderungen des neuen Heizungsgesetzes und sind so effizient, dass die Heizkosten unter denen von Gas- und Ölheizungen liegen. Zudem werden Wärmepumpe mit bis zu 80 Prozent gefördert. Damit sind sie nicht mehr teurer als Gasheizungen.