Röhrenkollektor – hohe Wirkungsgrade bei der Energiegewinnung aus Sonnenkraft

So ist ein Röhrenkollektor aufgebaut

Röhrenkollektoren bestehen im Grunde immer aus drei wichtigen Bauteilen: Einer Außenröhre, einer innen liegenden Röhre sowie einem Trägermedium. Die äußere Röhre wird aus Glas oder einem ähnlichen Baustoff gefertigt und ist somit komplett für Sonnenstrahlen durchlässig.

Die innere Röhre wird ebenfalls aus Glas hergestellt, verfügt jedoch über eine zusätzliche Beschichtung, wodurch die eintreffende Sonnenenergie noch besser aufgenommen werden kann. Aus diesem Grund wird diese Röhre auch als „Kollektor“ bezeichnet.

In ihr wird die Sonnenenergie in Wärmeenergie umgewandelt. Das Trägermedium, meist Wasser, befindet sich in einer Kupferröhre, die im Inneren des Röhrensystems verbaut ist.

Je nach Bauart verfügen Röhrenkollektoren zusätzlich über einen Hohlspiegel, der die an der inneren Röhre vorbeiführenden Sonnenstrahlen nochmals auffängt und zum Kollektor zurückwirft.

So funktioniert ein Röhrenkollektor

Ein Röhrenkollektor besteht, wie schon beschrieben, aus einem System von drei Röhren. Über die erste Röhre aus Bor-Silikat-Glas in einer Stärke von 1,5 bis 3 Millimeter dringt das Sonnenlicht ein und wird im Kollektor, auch Absorber genannt, gesammelt.

Unter dem Absorber befindet sich ein Blech, das mit der Kupferleitung verbunden ist, durch die Wasser strömt. Dieses Wasser dient als Trägermedium zum Transport der mit der Sonne erzeugten Wärme. Die Kupferrohre führen durch den Röhrenkollektor. Dabei nimmt das Wasser Wärme auf. Das erwärmte Wasser wird anschließend entweder in einen Pufferspeicher geführt oder direkt zum Heizen oder als Warmwasser zum Duschen und Waschen verwendet.

Je nach Bauart kann das erzeugte Warmwasser mit Glykol, einem Frostschutzmittel, versetzt werden. Dann dient das warme Wasser nur zur Erwärmung von Heizungswasser oder Brauchwasser. Es befindet sich in einem permanenten Kreislauf aus Erwärmung, Wärmeabgabe und Erwärmung.

Bei einem Vakuumröhrenkollektor befindet sich die innenliegende Glasröhre in einem Vakuum. Dadurch kann die einströmende Sonnenenergie noch effizienter genutzt werden, da nur minimale Wärmeverluste bei der Übertragung der Wärme auf das Trägermedium entstehen.

Arten von Röhrenkollektoren

Bei Röhrenkollektoren werden drei gängige Typen voneinander unterschieden.

• Sydney-Doppelglas-Kollektoren

Diese Vakuum-Röhrenkollektoren sind ähnlich wie eine Thermoskanne aufgebaut. Das Vakuum befindet sich dabei zwischen den beiden Glasröhren. Von außen wird das Konstrukt mit einer Absorberschicht bedampft. Um die Wärme weiterzuleiten, gibt es im Inneren ein Leitblech, das an ein U-förmiges Kupferrohr angeschlossen ist, durch welches das Trägermedium strömt. Der Rücklauf sowie der Vorlauf werden über einen Kasten geführt.

• CPC-Kollektoren (Vollvakuumröhrenkollektoren)

Das Kürzel CPC steht für „Compound Parabolic Concentrator“. Diese Kollektoren verfügen über einen zusätzlichen Reflektor, der unterhalb der Kollektorröhren angebracht ist und wie ein Parabolspiegel geformt ist. Dadurch kann das über die Röhren noch nicht erfasste Sonnenlicht nochmals eingefangen und genutzt werden. Auch klassische Sydney-Röhrenkollektoren können als CPC-System verwendet werden.

Bei modernen CPC-Kollektoren werden Vakuumröhren verbaut, die aus insgesamt drei ineinander geschobenen Röhren bestehen: einem äußeren Hüllrohr, einem Absorber für den Vorlauf und einem Innenrohr für den Rücklauf. Diese Kollektoren werden auch Vollvakuumröhrenkollektoren genannt, da Absorber und Wärmeleiter sich im Vakuum befinden. Das Trägermedium, also Wasser oder Glykol bzw. eine Mischung davon, kann im Gegenstromprinzip durch die Röhren fließen. Durch das Gegenstromprinzip entsteht ein sehr effizienter Solarthermie-Kreislauf.

• Heatpipe-Röhrenkollektoren: indirekt durchströmte Vakuumröhrenkollektoren

Diese Kollektoren werden auch Heatpipe-Kollektoren genannt. Sie bestehen ebenfalls aus Glasröhren. Allerdings wird darin zunächst eine Flüssigkeit mit Hilfe der Sonnenergie verdampft. Anschließend kondensiert dieser Dampf uns setzt dabei Wärme frei, die über einen Wärmetauscher an die Trägerflüssigkeit übertragen wird.

Die im Kollektor eingesetzte Flüssigkeit verdampft schon bei geringen Temperaturen von rund 25°C. Um die Wirkungsgrade zu erhöhen, werden manche Heatpipe-Kollektoren auch mit einem CPC versehen.

Vor- und Nachteile von Röhrenkollektoren

Röhrenkollektoren haben ihre Vor- und Nachteile bei der alternativen Gewinnung von Wärmeenergie. Wir zeigen Ihnen hier alle Vorzüge und mögliche Einwände gegen eine Nutzung von Röhrenkollektoren.

Vorteile von Röhrenkollektoren:

• hohe Wirkungsgrade: Mit Röhrenkollektoren lassen sich Wirkungsgrade von bis zu 90 Prozent erzielen. Damit liegt ihre Energieausbeute deutlich über Solarzellen.
• hohe Energieausbeute auch bei geringer Sonneneinstrahlung oder im Winter: Durch den speziellen Aufbau können Röhrenkollektoren selbst geringste Strahlenmengen einfangen und Wärme produzieren. Das gilt auch für die Wintermonate.
• vielfältige Installationsmöglichkeiten: Röhrenkollektoren lassen sich auf allen möglichen Dachformen sowie an Fassaden montieren. Durch ihr geringes Gewicht muss nur in geringem Maße auf die Tragfähigkeit von Wänden oder Dächern geachtet werden. Außerdem ist die Handhabung der leichten Kollektoren einfacher als zum Beispiel bei Flachkollektoren.
• platzsparende Installation: Flachkollektoren benötigen sehr viel Kollektorfläche, um Wärme zu produzieren. Röhrenkollektoren hingegen können deutlich kompakter gebaut werden und erfordern eine geringere Installationsfläche.

Nachteile von Röhrenkollektoren:

• höherer Preis: Im Vergleich mit anderen Sonnenkollektoren müssen für einen Quadratmeter Röhrenkollektoren zwischen 350 und 900 Euro veranschlagt werden. Flachkollektoren liegen im Durchschnitt meist 100 Euro darunter.
• stehen über: Röhrenkollektoren lassen sich in der Regel nicht bündig in eine Dach- oder Wandfläche integrieren. Das kann optisch störend sein.

Anwendungsmöglichkeiten für Röhrenkollektoren

Röhrenkollektoren und im besonderen Vakuumröhrenkollektoren sind immer dann geeignet, wenn für Ein- oder Mehrfamilienhäuser Warmwasser oder Heizungswasser alternativ erzeugt werden soll. Durch ihre kompakte Bauweise bieten sie sich auch für kleinere Dächer oder Wandflächen an. Durch die hohen Wirkungsgrade werden Röhrenkollektoren jedoch nicht nur für Privathäuser, sondern auch für Industrieanlagen oder Gewerberäume eingesetzt. Denn mit diesen Kollektoren lässt sich günstig und umweltfreundlich sogenannte „Prozesswärme“ erzeugen, die für die Produktion genutzt werden kann.

Wer Röhrenkollektoren für den Privatgebrauch installieren möchte, sollte pro Person mit ca. einem Quadratmeter Kollektorfläche rechnen, damit die Anlage ausreichend Wärmeenergie für Warmwasser produziert. Wird die Solarthermie-Anlage auch für die Erwärmung von Heizungswasser eingesetzt, muss die Kollektorfläche ungefähr verdoppelt werden.

TIPP: Solarthermie wird vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gefördert. Die Förderung kann sowohl für Anlagen im Gebäudebestand als auch für Neubauten von Solarthermie-Anlagen beantragt werden. Mehr Informationen dazu finden Sie auf der Webseite des BAFA oder Sie wenden sich direkt an einen SHK-Experten.

Fazit

Röhrenkollektoren bieten Ihnen eine sehr effiziente Möglichkeit, um Sonnenenergie zur Erwärmung von Warmwasser oder Heizungswasser zu verwenden. Die größten Vorteile sind die einfache Integration in bestehende Systeme und die sehr hohen Wirkungsgrade.

Wer zusätzlich Fördergelder des BAFA nutzt, kann nachhaltig von einer ökologischen Wärmeerzeugung profitieren. In Kombination mit einer bestehenden Öl- oder Gasbrennwertheizung und einem Pufferspeicher lässt sich der Primärenergiebedarf der Heizung außerdem auf ein Minimum reduzieren. Dadurch sparen Sie Geld und produzieren viel weniger Emissionen.