Ein Vakuumröhrenkollektor ist ein Bestandteil einer Solaranlage. Er wird in der Regel auf dem Dach installiert und wandelt solare Strahlung in Wärme, die zum Beispiel zur Raumheizung oder zur Warmwasserbereitung genutzt werden kann. Durch seine spezielle Bauart kann ein Vakuumröhrenkollektor auf der gleichen Fläche mehr Energie nutzbar machen, als ein herkömmlicher Flachkollektor. Wie das funktioniert, was bei der Installation zu beachten ist und wann sich die effizienten Kollektoren lohnen, erfahren Sie in den folgenden Abschnitten.
Welche Aufgabe hat ein Solarkollektor?
Solarkollektoren haben die Aufgabe die Strahlungsenergie der Sonne aufzufangen und zu großen Teilen in Wärme umzuwandeln.
Ganz einfach funktioniert das zum Beispiel mit sogenannten Solarabsorbern – dunkel gefärbte Gewebematten, in denen wasserführende Rohrleitungen integriert sind. Die schwarze Farbe der Matte sorgt dafür, dass ein Großteil des Lichts aufgenommen und in Wärme umgewandelt wird. Diese Wärme erhitzt das Wasser in den Rohrleitungen, das dann zum Beispiel zur Temperierung von Schwimmbädern genutzt werden kann.
Auch wenn der Vakuumröhrenkollektor einen deutlich komplizierteren Aufbau hat, funktioniert er im Grunde genau nach dem gleichen Prinzip.
Was ist das Besondere an einem Vakuumröhrenkollektor?
Am Beispiel des Solarabsorbers wird deutlich: Je niedriger die Außentemperaturen sind, desto weiter sinkt auch die Effizienz des Kollektors. Denn durch die Wärmeverluste der ungedämmten Rohrleitungen geht ein Großteil der gewonnenen Solarwärme ungenutzt verloren. Anders ist das bei einem Vakuumröhrenkollektor. Denn hier reduziert ein Vakuum um die einzelnen Kollektor-Röhren den Temperaturausgleich mit der Umgebung. Wie bei einer Thermoskanne bleibt die Temperatur hoch und die Effizienz steigt.
Wie funktioniert ein Vakuumröhrenkollektor im Detail?
Generell unterscheidet man Vakuumröhrenkollektoren heute in direkt und indirekt durchströmte Kollektoren. Beide bestehen dabei aus zahlreichen Vakuumröhren, die jeweils an einen horizontalen Sammler angeschlossen sind. Bei direkt durchströmten Vakuumröhrenkollektoren werden Rohrleitungen vom Sammler in die Röhre und zurückgeführt. Das heißt, die Solarflüssigkeit – mit Frostschutzmittel vermischtes Wasser – fließt direkt durch die Vakuumröhren. Die Stellen, an denen die Leitungen dabei in und aus der Vakuumröhre geführt werden, gelten jedoch als große Schwachstellen. Durch unterschiedliche Temperaturveränderungen der Materialen können hier Schäden entstehen, die teure Reparaturen nach sich ziehen.
Besser funktioniert das mit indirekt durchströmten Vakuumröhrenkollektoren – den sogenannten Heatpipes. Denn hier bestehen Sammler und Röhren aus separaten Bauteilen. Funktioniert eine Röhre nicht mehr, kann sie dabei in der Regel einfach ausgetauscht werden. In den Vakuumröhrenkollektoren befindet sich dabei ein Medium, das bereits bei geringeren Temperaturen verdampft. Dieser heiße Dampf steigt auf und überträgt die Wärme über einen Wärmeübertrager an der Kupplung zwischen Röhre und Sammler auf den Solarkreislauf. Während das passiert, kühlt der Dampf selbst ab, wird wieder flüssig und sinkt zurück zum Boden des Kollektors. Der Kreislauf kann nun von vorn beginnen.
Mithilfe sogenannter CPC-Spiegel – halbrund gebogener Spiegel unterhalb der Solarleitungen oder der Heatpipes, kann die Effizienz im Vakuumröhrenkollektor weiter erhöht werden. Denn dieser sorgt dafür, dass das Licht aus verschiedenen Richtungen immer optimale auf den Wärmeträger gerichtet wird.
Was ist bei der Installation von Vakuumröhrenkollektoren zu beachten?
Während es bei direkt durchströmten Kollektoren keine besonderen Anforderungen an die Installation gibt, darf ein indirekt durchströmter Kollektor nicht liegend montiert werden. Durch die Funktionsweise der Heatpipe, bei der heißer Dampf nach oben steigt, müssen diese immer mit einer Mindestneigung installiert werden.
Wann lohnt sich ein Vakuumröhrenkollektor?
Ein Vakuumröhrenkollektor lohnt sich immer dann, wenn bei einem begrenzten Platzangebot besonders viel Solarenergie gewonnen werden soll. Darüber hinaus lohnt sich der Einsatz zum Beispiel auch dann, wenn Voraussetzungen wie Dachneigung oder Ausrichtung nicht optimal für die Installation einer Solarthermie-Anlage sind.