Es gibt verschiedene Arten von Solarthermieanlagen, um das Sonnenlicht in thermische Energie umzuwandeln. Im Alltag werden folgende Kollektoren am häufigsten eingesetzt:

• Flachkollektoren
• Röhrenkollektoren
• Luftkollektoren

Flachkollektoren

Flachkollektoren sind die am häufigsten verwendete Art von Solarthermie-Kollektoren. Bei ihnen zirkuliert ein Wärmeträgermedium – typischerweise eine Flüssigkeit – durch die Kollektorrohre und nimmt die von den Absorberplatten gesammelte Wärme auf.

Diese wird dann zur Erwärmung von Wasser oder zur Unterstützung des Heizungssystems verwendet. Ihre Konstruktion ist im Grunde immer gleich.

• Solarglas: Das Solarglas ist die vorderste Schicht des Kollektors und schützt das Innere vor Witterungseinflüssen. Es ist speziell beschichtet, um möglichst viel Sonnenlicht durchzulassen und so die Effizienz des Systems zu maximieren. Gleichzeitig verhindert es, dass die gesammelte Wärme wieder entweicht (Treibhauseffekt).
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• Absorberschicht: Hier wird das Sonnenlicht absorbiert. Sie besteht normalerweise aus einem Metall wie Kupfer oder Aluminium, das speziell beschichtet ist, um eine hohe Absorption und eine geringe Wärmeabstrahlung sicherzustellen.
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• Flüssigkeitskanäle/Wärmeträgerrohre: Innerhalb oder direkt hinter der Absorberschicht befinden sich Rohre oder Kanäle, durch die eine Wärmeträgerflüssigkeit (oft eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel) fließt. Wenn die Absorberschicht durch die Sonne erhitzt wird, gibt sie diese Wärme an die Flüssigkeit ab.
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• Isolation: Um Wärmeverluste zu minimieren, sind der Absorber und die Rohre in einer Schicht aus wärmeisolierendem Material eingebettet. Dies kann Glaswolle, Steinwolle oder ein anderes Isolationsmaterial sein.
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• Rückwand: Die Rückwand des Kollektors ist oft aus einem widerstandsfähigen und korrosionsbeständigen Material gefertigt und bildet mit der Isolation und dem Gehäuse einen geschlossenen Raum, der die Wärme effektiv einschließt.
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• Kollektorgehäuse/Rahmen: Ein robustes Gehäuse umschließt alle oben genannten Komponenten, bietet Schutz und trägt zur strukturellen Stabilität des Kollektors bei.

Obwohl der grundlegende Aufbau der Flächenkollektoren immer ähnlich ist, können die spezifischen Materialien und die genaue Konstruktion je nach Hersteller verschieden sein.

Röhrenkollektoren

Der Aufbau von Röhrenkollektoren ist etwas kompakter als bei Flachkollektoren, denn hier sind die entsprechenden Komponenten in Vakuum-Röhren angeordnet.

Durch den verringerten Innenraum und vor allem das Vakuum haben Röhrenkollektoren häufig eine höhere Effizienz als die Flachkollektoren, insbesondere bei kälterem Wetter. Dafür sind sie gewöhnlich auch teurer in der Anschaffung und Installation.

• Glasröhren: Ein Röhrenkollektor besteht aus einer Reihe von zylindrischen Glasröhren, die parallel zueinander angeordnet sind. Jede Röhre ist zweischichtig.
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  • Die äußere, transparente Schicht lässt das Sonnenlicht durch. Sie entspricht dem Solarglas bei Flachkollektoren.
  • Die innere Röhre hat eine spezielle Beschichtung, um die Absorption von Sonnenenergie zu maximieren. Sie entspricht der Absorberschicht bei Flachkollektoren.
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• Vakuum: Zwischen diesen beiden Röhren befindet sich ein Vakuum. Dieses dient als Isolation und verhindert Wärmeverluste, was den Röhrenkollektor besonders effizient macht.
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• Wärmerohre: Innerhalb der inneren Röhre befindet sich kein Vakuum, dafür ein Wärmerohr, das häufig mit dem Absorber verbunden ist und eine Wärmeträgerflüssigkeit enthält. Wenn der Absorber von der Sonne erhitzt wird, verdampft die Flüssigkeit im Wärmerohr und steigt zur Spitze der Röhre auf.
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• Wärmetauscher: An der Spitze jeder Röhre, wo die Flüssigkeit in den Wärmerohren kondensiert, gibt es einen Wärmetauscher. Dieser ist an ein zentrales Rohr angeschlossen, durch das ein weiteres Medium (z.B. Wasser oder eine andere Flüssigkeit) fließt. Die Wärme wird von den Wärmerohren an dieses Medium übertragen, um an entsprechender Stelle genutzt zu werden.
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• Rahmen: Die Röhren und der Wärmetauscher sind in einem robusten Rahmen montiert, der sie vor Witterungseinflüssen schützt.
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Vakuumröhrenkollektoren sind in der Lage, auch bei niedriger Umgebungstemperatur effizient Wärme zu erzeugen, da das Vakuum in den Röhren Wärmeverluste minimiert. Aus diesem Grund werden sie oft in kälteren Klimazonen verwendet oder für Anwendungen, die generell höhere Temperaturen benötigen.

Luftkollektoren

Luftkollektoren sind weniger üblich, aber auch eine Art von Solarthermiekollektoren. Sie verwenden Luft als Wärmeträgermedium, können ebenfalls zur Warmwasserbereitung, zur Beheizung von Gebäuden oder zur Trocknung von landwirtschaftlichen Produkten verwendet werden.

• Verglasung: Die Vorderseite des Luftkollektors wird in der Regel von einem Sicherheitsglas geschützt. Es lässt das Sonnenlicht durch, minimiert aber den Wärmeverlust nach außen.
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• Absorberplatte: Es handelt sich dabei um eine dunkle, sonnenlichtabsorbierende Platte, die sich erwärmt. Sie kann aus verschiedenen Materialien bestehen, darunter Kupfer, Aluminium oder Kunststoff, und ist oft mit einer speziellen Beschichtung versehen, die die Absorption von Sonnenenergie maximiert.
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• Luftkanäle: Direkt hinter der Absorberplatte befinden sich mehrere Luftkanäle oder ein hohler Raum. Wenn die Absorberplatte vom Sonnenlicht erwärmt wird, erwärmt sie die Luft in diesen Kanälen.
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• Gehäuse: Der Absorber, die Luftkanäle und die Verglasung sind in ein robustes Gehäuse eingebettet, das sie vor Witterungseinflüssen schützt.
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• Isolierung: Die Rückseite und die Seiten des Gehäuses sind oft mit einer Isolierung versehen, um Wärmeverluste so gering wie möglich zu halten.
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Am Ein- und Ausgang des Luftkollektors befinden sich Luftanschlüsse. Ein Ventilator saugt kalte Luft an, führt sie durch die erwärmten Luftkanäle und bläst sie dann wieder aus. Dabei gelangt sie in das Gebäude oder den zu erwärmenden Raum.

Der Ventilator wird gewöhnlich von einer Regelung gesteuert, die die Temperatur im Kollektor und im Gebäude misst und den Ventilator so steuert, dass die gewünschte Innentemperatur erreicht wird.

Luftkollektoren können eine effiziente Lösung zur Beheizung von Gebäuden oder zur Luftvorwärmung in bestimmten industriellen Prozessen sein, insbesondere in Situationen, in denen die Wärme direkt als erwärmte Luft benötigt wird.

Fazit

Es gibt verschiedene Arten von Solarthermieanlagen, um die Wärme von Sonnenlicht nutzbar zu machen. Welcher Kollektor für Sie am besten geeignet ist, hängt stark von Ihrer speziellen Situation und Ihren Bedürfnissen ab.

Im Zweifelsfall sollten Sie sich immer an einen Fachmann wenden, der Ihnen mit tieferem Hintergrundwissen und Erfahrung bei Ihrer Entscheidung helfen kann.

Kurz gesagt:
Die drei am häufigsten verwendeten Wärmekollektoren in Solarthermieanlagen, um Sonnenlicht in nutzbare Wärme umzuwandeln, sind Flachkollektoren, Röhrenkollektoren und Luftkollektoren.

Nachgefragt:

Was sind die Hauptunterschiede zwischen Flachkollektoren, Röhrenkollektoren und Luftkollektoren?

Flachkollektoren

• Sie bestehen aus einer flachen, oft verglasten Oberfläche, die Sonnenstrahlung absorbiert und an ein Wärmeträgermedium (in der Regel eine Flüssigkeit) überträgt.
• Sie sind die am häufigsten eingesetzte Technologie, vor allem wegen ihrer einfachen Bauweise und Kosteneffizienz.

Röhrenkollektoren

• Sie bestehen, wie der Name schon sagt, aus Röhren und haben dementsprechend ein anderes Aussehen als Flachkollektoren.
• Sie sind im Allgemeinen effizienter, besonders bei kälterem Wetter, da ihre röhrenförmige und vakuumisolierte Konstruktion Wärmeverluste gering hält.
• Allerdings sind sie in der Regel auch teurer und komplexer in der Installation als andere Kollektoren.

Luftkollektoren

• Sie unterscheiden sich insofern von den beiden anderen Typen, da sie Luft als Wärmeträgermedium verwenden, statt einer Flüssigkeit.
• Sie sind besonders nützlich in Anwendungen, bei denen direkte Luft-Erwärmung erforderlich ist, wie z.B. in der Gebäudeheizung oder bei Trocknungsprozessen.

Welche Vorteile und Nachteile hat jede Art von Kollektor?

Flachkollektoren

+ kostengünstiger
+ einfacher zu installieren
+ eignen sich gut für Gebiete mit hohem Sonnenschein
– Bei kälterem Wetter oder bei diffuser Strahlung sind sie weniger effizient

Röhrenkollektoren

+ effizienter
+ funktionieren auch bei niedrigeren Temperaturen
+ funktionieren sogar bei diffuser Strahlung gut funktionieren
– sind teurer
– die Installation kann komplexer sein

Luftkollektoren

+ relativ einfach und günstig zu installieren
+ eignen sich gut für wenn direkte Luft-Erwärmung erforderlich ist
– geringere Wärmekapazität als flüssigkeitsbasierte Systeme haben
– oft nicht für Warmwasseranwendungen geeignet sind

Für welche Anwendungen ist jede Art von Kollektor am besten geeignet?

• Flachkollektoren eignen sich besonders gut für die Erzeugung von Warmwasser in Wohngebäuden oder Schwimmbädern.
• Röhrenkollektoren sind oft die beste Wahl für Anwendungen, die eine höhere Wärmetemperatur erfordern oder in Gebieten mit kälterem Klima, wie z.B. industrielle Prozesswärme oder Gebäudeheizsysteme.
• Luftkollektoren eignen sich besonders für Anwendungen, die direkte Luftheizung erfordern, wie z.B. Raumheizung, Trocknungsprozesse oder Vorwärmung von Belüftungsluft in Gebäuden.

Wie unterscheiden sich die Installations- und Wartungsanforderungen für diese verschiedenen Arten von Kollektoren?

• Die Installation von Flachkollektoren ist in der Regel relativ einfach, erfordert aber eine sorgfältige Ausrichtung zur Sonne und eine geeignete Dachkonstruktion, um das Gewicht tragen zu können.
• Röhrenkollektoren erfordern eine komplexere Installation, da jede Röhre einzeln montiert werden muss. Sie können jedoch besser auf unregelmäßige Dachflächen angepasst werden und ihre Ausrichtung ist weniger kritisch als bei Flachkollektoren.
• Die Installation von Luftkollektoren ist wiederum relativ einfach, kann aber eine Integration in das Lüftungssystem des Gebäudes erfordern.

Die Wartung ist bei allen drei Typen ähnlich und erfordert normalerweise eine regelmäßige Reinigung und gelegentliche Kontrollen des Systems.

Welche Faktoren sollte ich bei der Auswahl zwischen Flachkollektoren, Röhrenkollektoren und Luftkollektoren berücksichtigen?

Die Auswahl des geeigneten Kollektortyps hängt von verschiedenen Faktoren ab:

• Anwendung: Benötigen Sie Warmwasser, Heizung oder beides? Brauchen Sie direkte Luft-Erwärmung?
• Klima: In kälteren Klimazonen oder bei diffusem Licht können Röhrenkollektoren effizienter sein.
• Budget: Flachkollektoren sind in der Regel günstiger, sowohl in der Anschaffung als auch in der Installation.
• Dachfläche und -ausrichtung: Röhrenkollektoren können besser auf unregelmäßige Dachflächen oder Nicht-Südausrichtungen angepasst werden.
• Ästhetische Präferenzen: Röhrenkollektoren haben oft ein moderneres Aussehen, während Flachkollektoren traditioneller aussehen..

Eine fundierte Entscheidung sollte auf einer sorgfältigen Abwägung dieser Faktoren basieren und gegebenenfalls mit der Beratung eines Fachmanns stattfinden.