Vakuumröhrenkollektoren – einfach erklärt

Das Heizen mit der Sonne wird immer beliebter. Als ich begann, mich mit Solarthermieanlagen zu befassen, stieß ich recht schnell auf eine erfreuliche Vielfalt von Anlagenarten. Das beginnt schon bei der Wahl des Kollektortyps – der Vakuumröhrenkollektor ist einer davon. Vom bekannteren Flachkollektor  (Flachkollektor – einfach erklärt) unterscheidet er sich schon äußerlich durch die charakteristischen Röhren, von denen jeweils mehrere nebeneinander zu einem Kollektor angeordnet sind.

Vakuum lässt Energieverlusten die Luft ab

Alle Solarkollektortypen arbeiten nach dem gleichen Grundprinzip: Die Sonnenenergie trifft auf einen Absorber, der die Sonnenstrahlen in Wärme umwandelt. Eine selektive Beschichtung auf den Glasröhren bewirkt, dass der Absorber die Sonnenenergie gut aufnimmt und möglichst wenig davon wieder abgibt. Und eine Glasabdeckung sorgt dafür, dass die Wärme nicht sofort wieder entweicht. 

Beim Flachkollektor allerdings kommt es zu deutlich mehr Wärmeverlusten durch Konvektion – das heißt, die vorbeistreichende Luft transportiert einen Teil der Wärme wieder in Richtung Umgebung ab. Die Lösung: Ein Vakuum zwischen Absorber und Glas. Beim Flachkollektor ist es aber schwierig, eine dauerhafte Abdichtung zwischen Glasscheibe und Gehäuse hinzubekommen. Der Vakuumröhrenkollektor hingegen bietet beste Voraussetzungen für ein stabiles Vakuum. Bestimmte Herstelle setzen anstelle eines Vakuums auch auf die Verwendung von Edelgasen zur besseren Isolierung zwischen Außen- und Innenbereich der Kollekteren. Dieses Verfahren ähnelt stark dem der beim modernen Fensterbau für Effizienzhäuser zum Einsatz kommt.

Eine Familie, verschiedene Charaktere

Die Familie der Vakuumröhrenkollektoren hat verschiedenartige Mitglieder: Im so genannten Heatpipe-Kollektor wird eine Flüssigkeit verdampft und kondensiert anschließend wieder; das Kondensat gibt dann die Wärme über einen Wärmetauscher an eine Wärmetransportflüssigkeit ab. Bei den direkt durchflossenen Systemen strömt das Wärmeträgermedium durch ein Röhrchen unter dem Absorber und nimmt dabei die Wärme auf. Und die so genannten CPC-Kollektoren folgen dem Prinzip der Thermoskanne: Mit einem Vakuum zwischen zwei Glasröhren. Die Absorberschicht ist außen auf der inneren Glasröhre aufgedampft. Auf der Innenseite schließlich liegt ein Wärmeleitblech mit Röhrchen, durch die das Wärmemedium fließt.

Spieglein, Spieglein auf dem Dach

Doch die Abkürzung CPC bezeichnet nicht das Innenleben des Kollektors, sondern den parabelförmigen, hoch reflektierenden Spiegel, der unter jeder Röhre angebracht ist.  Er lenkt einfallendes Licht direkt auf den Absorber. So fängt der CPC-Kollektor selbst bei diffusem Licht noch Sonnenlicht ein, zum Beispiel bei bewölktem Himmel. Das macht ihn zum effizientesten unter den Vakuumröhrenkollektoren.

Vakuumröhrenkollektoren, eine heiße Sache

Die Entscheidung für eine Kollektorbauart ist daher – entgegen der Meinungen, die in manchen Internetforen kursieren – keine Glaubensfrage. Vakuumröhrenkollektoren haben im Vergleich zu Flachkollektoren einen höheren Wirkungsgrad, sodass für den gleichen Wärmeertrag eine geringere Fläche benötigt wird und liefern auch noch in kälteren Jahreszeiten gute Erträge; allerdings kosten sie auch etwas mehr.

Auf dem Internetportal Solarserver habe ich eine Preisspanne von 400 bis 1.200 Euro je Quadratmeter (m^²) für Röhrenkollektoren gefunden – gegenüber Flachkollektoren mit einer Bandbreite von 150 bis 600 Euro/m^².

Und hoch sind auch die Temperaturen: Das Innere eines Vakuumröhrenkollektor kann im Sommer bis zu 350 Grad heiß werden, weshalb sie besonders für Prozesswärme (Was ist Prozesswärme?) in Gewerbe und Industrie geeignet sind oder wenn hohe System- oder Vorlauftemperaturen erwünscht sind.

Fotos und Grafik: Paradigma