Flachkollektoren vs. Röhrenkollektoren

Bei der Entscheidung für eine solarthermische Anlage hat der Verbraucher die Wahl zwischen verschiedenen Arten von Sonnenkollektoren. Die zwei am häufigsten angebotenen Kollektoren sind Flachkollektoren und Vakuum-Röhrenkollektoren. Über den Unterschied dieser beiden Kollektorarten sollte sich der Verbraucher vor seiner Wahl umfassend informieren.

Flachkollektoren

Bereits die Bezeichnung dieses Kollektortyps sagt einiges über ihn aus: Es handelt sich hierbei um einen Kollektor mit einer flachen Absorberfläche, welche der Sonne zugewandt installiert wird. Der Aufbau der Flachkollektoren ist dabei wie folgt: In einer Wanne (Wannenkollektor) oder in einem Rahmenprofil, welches aus Aluminium, Kunststoff oder Holz besteht, werden die inneren Bestandteile zusammengehalten. Der Rahmen hat zusätzlich die Aufgabe der Stabilisierung der Anlage, zum Beispiel beim Transport oder bei Windlasten. Im Inneren des Kollektors ist der Absorber das Herzstück. Dieser besteht aus dem Absorberblech und dem Absorberrohr, welche durch Ultraschallschweißung, Löten oder Laserschweißung miteinander verbunden sind. Eine Bodendämmung unterhalb des Absorbers minimiert die Wärmeverluste des Kollektors auf der von der Sonne abgewandten Seite und eine auf dem Kollektor montierte Abdeckung lässt ein Maximum an Sonneneinstrahlung in das Innere und verhindert weitestgehend das Entweichen der Wärme.

Absorber

Das Absorberblech eines Flachkollektors kann aus Kupfer oder Aluminium bestehen. Besonders wichtig ist dabei die Beschichtung des Blechs, welche zu großen Teilen zur Leistungsfähigkeit eines Kollektors beiträgt. Wurden in früheren Zeiten Schwarzchrom-Beschichtungen verwendet, welche das krebserregende sechswertige Chrom enthalten, so wird heutzutage mit neuen Beschichtungsverfahren gearbeitet, welche höhere Wirkungsgrade erreichen, als umweltfreundlicher gelten und meist blau oder schwarzblau schimmern.

Bei dem Rohrregister des Flachkollektors wird zwischen Mäander und Harfe unterschieden. Im Material besteht das Absorberrohr aus Kupfer oder Aluminium.

Vakuum-Röhrenkollektor

Der Vakuum-Röhrenkollektor zeichnet sich im Gegensatz zum Flachkollektor dadurch aus, dass er nicht aus einer Fläche besteht, sondern aus Glasröhren, welche ein Vakuum enthalten. Das Vakuum isoliert das Wärmeträgermedium von der Umgebung. Die Sonnenenergie wird bei Vakuum-Röhrenkollektoren von einer Beschichtung oder einem Absorber absorbiert, welche sich auf den inneren Glasröhren befindet. Die Dämmung der Röhrenkollektoren wird vollständig vom Vakuum übernommen. 

Flachkollektor vs. Vakuum-Röhrenkollektor

Vakuum-Röhrenkollektoren haben den Vorteil, dass sie gerade im Winter wesentlich höhere Erträge bringen, da die Dämmwirkung des Vakuums die Wärmeabgabe an die Umgebungsluft stark verringert. Im Vergleich zum Flachkollektor tauen sie allerdings bei Schnee- oder Eisbedeckung schlechter ab. Ein Nachteil zum Flachkollektor ist außerdem, dass es zu Spannungsrissen oder ähnlichen Beschädigungen der äußeren Glasröhre kommen kann, wodurch Luft eintritt und die Dämmwirkung der Vakuum-Röhre aufgehoben wird.

Generell werden Solaranlagen mit Vakuum-Röhrenkollektoren höhere Wirkungsgrade bescheinigt. Allerdings sind diese solarthermischen Anlagen in der Beschaffung wesentlich kostenintensiver. Hinzu kommt, dass Flachkollektoren dem Verbraucher die Möglichkeit bieten, die Solaranlage in das Dach zu integrieren (siehe Indach-Montage) und somit optische Vorteile, bei einem Neubau auch Einsparungspotential beim Dachmaterial mit sich bringen. Weiterhin ist der Einsatz von Drain Back Systemen nur bei Flachkollektoren möglich.

Solarthermie vs. Photovoltaik

Es ist ein weit verbreiteter Glaube, dass die Begriffe Solar, Solaranlage und Solartechnik sich auf ein und dieselbe Technik beziehen. Oftmals ist dem Verbraucher dabei nicht bewusst, dass sich die Solarbranche in zwei große Teilbereiche aufspaltet: Die Solarthermie und die Photovoltaik. Beide Technologiezweige nutzen die Energie der Sonne – aber auf unterschiedliche Art und Weise und für unterschiedliche Zwecke.

Der Verbraucher sollte sich über den Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik im Klaren sein, bevor Überlegungen zur eigenen Solaranlage erfolgen.

Photovoltaik

Die Auslegung einer Photovoltaik-Anlage zielt auf die Gewinnung von Strom durch Sonnenenergie ab, wobei sogenannte Solarzellen eingesetzt werden, welche zu Solarmodulen verbunden werden. In den meisten Fällen wird die gewonnene Energie in das Stromnetz eingespeist, alternativ kann diese auch in Akkumulatoren gespeichert werden oder vom Verbraucher direkt genutzt werden (Eigenverbrauch).

Der Wirkungsgrad von Photovoltaik-Anlagen beschreibt das Verhältnis von erzeugter elektrischer Leistung zu eingestrahlter Lichtleistung. Der Wirkungsgrad von Solarzellen wird unter optimalen Bedingungen ermittelt und schwankt abhängig von der Art der Solarzelle zwischen 5% und 20%. Der Prozess der Erzeugung von Strom durch Sonnenenergie ist ein komplizierter Vorgang, welcher sich je nach Aufbau der Solarzellen unterscheidet. Siliziumzellen, welche weltweit am meisten verbreitet sind, bestehen aus zwei Schichten – einer negativ und einer positiv dotierten. Bei Lichteinstrahlung erfolgt dann der Prozess zur elektrischen Energieerzeugung. Das Alterungsverhalten der Solarzellen, also die Abnahme des Wirkungsgrads, wird von Herstellern mit 10% in 25 Jahren angegeben.

In Deutschland fallen Photovoltaik-Anlagen unter das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), eine Einspeisevergütung wird dem Betreiber je nach Anlagengröße, Erbauungsjahr und Aufstellungsart gezahlt. Zusätzlich dazu gibt es noch weitere Förderprogramme, welche Darlehen, Investitionszulagen und regionale Solarfördergesetze umfassen. 

Solarthermie

Die Solarthermie dient der Erzeugung von Wärme aus Sonnenenergie. Im Gegensatz zur Photovoltaik werden sogenannte Kollektoren verbaut, wobei es verschiedene Arten von solarthermischen Kollektoren gibt. Es wird u.a. unterschieden zwischen Röhrenkollektoren, Flachkollektoren Luftkollektoren.

Eine solarthermische Anlage ist direkt mit dem Wasserkreis der Immobilie verbunden: das Wärmeträgermedium wird aus dem Speicher in die Kollektoren gepumpt, wo es sich beim Durchströmen der Anlage erhitzt und anschließend zurück in den Speicher fließt, wobei dieser sich  schichtweise aufheizt. Es wird grundsätzlich zwischen Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung unterschieden – einerseits kann das Trink- und Brauchwasser des Verbrauchers erwärmt werden, andererseits das Heizungswasser. Eine Kombination von beidem, sowie die Kombination mit anderen Wärmesystemen (Pelletsheizung, Ölheizung etc.) sind möglich. Der Nutzen im Alltag ist bei solarthermischen Anlagen sehr groß.

Thermische Kollektoren erzielen einen höheren Wirkungsgrad als Solarzellen. Dieser kann zwischen 60% und 80% liegen. Auch ist der Leistungsverlust über mehrere Jahre bei einer solarthermischen Anlage geringer, da die Erzeugung von Wärme durch Sonnenenergie ein physikalischer Prozess ist. Dieser Prozess beruht auf der Absorption der Sonnenenergie durch den Absorber des Kollektors, welcher durch selektive Beschichtung die Absorption kurzwelliger Strahlung maximiert und die Abstrahlung von Wärmestrahlung minimiert.

Solaranlagen mit solarthermischen Kollektoren werden in Deutschland vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gefördert. Die Förderung ist abhängig von der Bruttokollektorfläche der Solaranlage und wird einmalig bei Installation einer Anlage gezahlt. Näheres dazu können Sie in unserem Blog zu Fördermöglichkeiten nachlesen.

Kombination

Technische Innovationen ermöglichen bereits die Kombination von Photovoltaik und Solarthermie in einem Modul, dem sogenannten Hybrid-Kollektor. Allerdings steht diese Technik noch am Anfang. Bereits weiter ist dabei das Hybrid-Dach, wobei solarthermische Kollektoren und Photovoltaik-Module in einer Optik erscheinen und somit die Kombination von Strom- und Wärmeerzeugung ein harmonisches Bild auf dem Dach ergibt.

Solarthermie vs. Photovoltaik

Die Solarthermie besitzt im Vergleich zur Photovoltaik einen geringeren Anteil am deutschen Solarmarkt. Trotz bester Fördermöglichkeiten durch das BAFA setzt der deutsche Verbraucher noch bevorzugt auf Photovoltaik. Beide Technologien weisen ihre spezifischen Vor- und Nachteile auf, wobei es letztendlich immer auf die individuellen Gegebenheiten bei dem Verbraucher ankommt. Eine professionelle und vor allem branchenunabhängige Beratung ist daher empfehlenswert.

Montage-Arten: Aufdach, Bodenkonsole und Wandkonsole

Sonnenkollektoren können auf verschiedene Arten montiert werden. Bereits im Blog zur Indach-Montage haben wir Ihnen eine dieser Arten vorgestellt. Weiterhin gibt es die Möglichkeit der Aufdach-Montage, Montage auf Bodenkonsolen und die Montage an der Wand mit Hilfe von Wandkonsolen.

Aufdach-Montage

Die Aufdach-Montage ist die in Deutschland am häufigsten genutzte Art, Sonnenkollektoren auf das Dach zu montieren. Experten schätzen, dass etwa 85% der Solaranlagen auf deutschen Dächern Aufdach-Anlagen sind. 

Bei dieser Art der Montage werden zunächst Ziegelhaken angebracht, auf welchen anschließend Profilschienen montiert werden. Diese dienen als Halterung der Kollektoren. Die Kollektoren werden auf die Profilschienen aufgelegt und befestigt. Mit Hilfe einer Dachdurchführung können die Anschlussleitungen dann in das Haus gelegt werden.

Bodenkonsole

Bei Flachdächern ist es notwendig, die Kollektoren in einen bestimmten Winkel zur Sonne aufzustellen. Dafür wurden spezielle Bodenkonsolen entwickelt. Diese können in 20°-, 30°-, 45°- oder 60°-Winkel aufgestellt werden und dienen als Halterung der Kollektoren.

Vorteilhaft dabei ist, dass eine genaue Ausrichtung nach Süden erfolgen kann. Allerdings benötigt diese Art der Montage aufgrund der Verschattung besonders dann viel Platz, wenn mehrreihige Anlagen installiert werden. In Deutschland werden Bodenkonsolen selten verbaut, weniger als 5% deutscher Solaranlagen sind auf Bodenkonsolen montiert.

Wandkonsole

Nicht alle Dächer sind optimal nach Süden ausgerichtet. Einige Dächer weisen zum Beispiel eine Ost-West-Ausrichtung auf. Bei Immobilien, deren Fassade eine bessere Ausrichtung aufweist, empfiehlt sich dann eine Montage an der Wand. Ähnlich der Montage auf Bodenkonsole wurden dazu spezielle Wandkonsolen entwickelt.

Auch diese Montageart ist nicht weit verbreitet und findet sich auf weniger als 5% deutscher Dächer mit Solaranlage.