Kollektoren für Solarthermie: Typen, Funktionsweise und Einsatzgebiete

Solarthermische Kollektoren sind das Herzstück jeder Solarthermieanlage. Sie fangen die Sonnenstrahlung ein und wandeln sie in nutzbare Wärme um. Im Gegensatz zu Photovoltaikmodulen, die Strom erzeugen, dienen Kollektoren der Wärmegewinnung – für Warmwasser, Heizungsunterstützung oder industrielle Prozesswärme. Dieser Beitrag gibt einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Kollektortypen und ihre Einsatzgebiete.

Das Grundprinzip aller solarthermischen Kollektoren ist einfach: Eine dunkle Absorberfläche nimmt die Sonnenstrahlung auf und wandelt sie in Wärme um. Ein Wärmeträgermedium, in der Regel ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel (Glykol), durchströmt den Absorber und transportiert die Wärme zum Speicher oder Verbraucher. Um die Wärmeverluste zu minimieren, ist der Absorber in einem wärmegedämmten Gehäuse untergebracht.

Flachkollektoren sind der am weitesten verbreitete Kollektortyp in Deutschland. Sie bestehen aus einem flachen, kastenförmigen Gehäuse mit einer transparenten Glasabdeckung auf der Vorderseite. Darunter befindet sich der Absorber, typischerweise eine Kupfer- oder Aluminiumplatte mit eingelöteten oder eingepressten Kupferrohren. Die Rückseite und die Seiten sind wärmegedämmt. Flachkollektoren erreichen Wirkungsgrade von 70 bis 80 Prozent bei geringen Temperaturdifferenzen und sind die wirtschaftlichste Lösung für die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung in Wohngebäuden.

Vakuumröhrenkollektoren bieten eine höhere Effizienz, insbesondere bei höheren Temperaturen und in den kühleren Jahreszeiten. Sie bestehen aus mehreren nebeneinander angeordneten Glasröhren, in denen sich der Absorber befindet. Zwischen dem Absorber und der äußeren Glasröhre herrscht ein Vakuum, das die Wärmeverluste durch Konvektion und Wärmeleitung nahezu eliminiert. Dadurch erreichen Vakuumröhrenkollektoren auch bei niedrigen Außentemperaturen und diffuser Strahlung noch gute Erträge.

Es gibt zwei Haupttypen von Vakuumröhrenkollektoren: direkt durchströmte Röhren und Heat-Pipe-Röhren. Bei direkt durchströmten Röhren fließt das Wärmeträgermedium direkt durch den Absorber in der Röhre. Bei Heat-Pipe-Systemen wird die Wärme über ein verdampfendes Medium in einem geschlossenen Rohr an einen Sammler am oberen Ende der Röhre transportiert. Heat-Pipe-Kollektoren haben den Vorteil, dass einzelne Röhren bei Bedarf einfach ausgetauscht werden können.

Unverglaste Kollektoren, auch Schwimmbadabsorber genannt, sind die einfachste Form solarthermischer Kollektoren. Sie bestehen lediglich aus einem dunklen Kunststoffabsorber ohne Glasabdeckung und ohne Wärmedämmung. Durch ihre einfache Bauweise sind sie sehr kostengünstig, eignen sich aber nur für niedrige Temperaturen. Ihr Haupteinsatzgebiet ist die Schwimmbaderwärmung, wo Temperaturen von 25 bis 30 Grad Celsius ausreichend sind.