Kollektor in der Solarthermie: Typen, Funktionsweise und Auswahlkriterien im Überblick

Solarthermische Kollektoren sind das Herzstück jeder Solarthermieanlage. Sie fangen die Sonnenstrahlung ein und wandeln sie in nutzbare Wärme um. In diesem umfassenden Artikel erfahren Sie alles über die verschiedenen Kollektortypen, ihre Funktionsweise, Vor- und Nachteile sowie die wichtigsten Auswahlkriterien für Ihre individuelle Situation.

Die Grundfunktion eines solarthermischen Kollektors ist vergleichsweise einfach zu verstehen. Sonnenlicht trifft auf eine absorbierende Fläche, die sich dadurch erwärmt. Diese Wärme wird an ein Wärmeträgermedium, in der Regel ein Wasser-Glykol-Gemisch, übertragen und über ein Rohrsystem zum Speicher transportiert. Dort steht die Wärme für die Warmwasserbereitung oder die Heizungsunterstützung zur Verfügung. Die Kunst liegt dabei in der Optimierung dieses Prozesses, um möglichst viel Sonnenergie in nutzbare Wärme umzuwandeln.

Der am weitesten verbreitete Kollektortyp ist der Flachkollektor. Er besteht aus einem flachen, rechteckigen Gehäuse mit einer transparenten Abdeckung aus Solarglas, einem darunter liegenden Absorber und einer Wärmedämmung auf der Rückseite. Das Solarglas ist speziell beschichtet, um möglichst viel Sonnenlicht durchzulassen und gleichzeitig die Wärmestrahlung des Absorbers zurückzuhalten. Der Absorber besteht in der Regel aus Kupfer oder Aluminium und ist mit einer selektiven Beschichtung versehen, die die Absorption von Sonnenlicht maximiert und die Emission von Wärmestrahlung minimiert.

Flachkollektoren zeichnen sich durch ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis aus. Sie sind vergleichsweise einfach aufgebaut, robust und langlebig. Ihre Lebensdauer beträgt typischerweise 20 bis 30 Jahre. Der Wirkungsgrad von Flachkollektoren liegt je nach Produkt und Betriebsbedingungen zwischen 60 und 80 Prozent. Sie eignen sich besonders gut für die Warmwasserbereitung und die Heizungsunterstützung in Wohngebäuden. Ihr Nachteil ist, dass sie bei niedrigen Außentemperaturen und diffuser Strahlung weniger effizient arbeiten als Vakuumröhrenkollektoren.

Vakuumröhrenkollektoren stellen die zweite große Gruppe solarthermischer Kollektoren dar. Sie bestehen aus mehreren parallelen Glasröhren, in denen sich jeweils ein Absorber befindet. Der Clou ist das Vakuum zwischen der äußeren Glasröhre und dem Absorber, das wie eine Thermoskanne wirkt und die Wärmeverluste drastisch reduziert. Dadurch erreichen Vakuumröhrenkollektoren höhere Temperaturen und arbeiten auch bei ungünstigen Wetterbedingungen effizienter als Flachkollektoren.

Es gibt verschiedene Bauformen von Vakuumröhrenkollektoren. Die direktdurchströmten Röhrenkollektoren leiten das Wärmeträgermedium direkt durch den Absorber in der Röhre. Heat-Pipe-Kollektoren verwenden dagegen ein separates Wärmeübertragungsprinzip: Eine Flüssigkeit in einem geschlossenen Rohr verdampft durch die Wärme des Absorbers, steigt nach oben und gibt die Wärme an einem Kondensator an das Wärmeträgermedium ab. Dieser Prozess ist selbstregelnd und bietet einen natürlichen Überhitzungsschutz.