Technische Daten

Wärmeertrag von Kollektoren (Jahresenergieertrag)

Der Jahresenergieertrag (in kWh/m²a), die Qualität und  die Preise der angebotenen Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren sind sehr unterschiedlich.

Entscheidend für die Auslegung und die Effektivität einer Solaranlage sind u. a. der Jahresenergieertrag des gewählten Kollektors bzgl. des jeweiligen Standortes, sowie die richtige Dimensionierung des Solarspeichers und des Solarwärmetauschers.

Eine objektbezogene Berechnung des Jahresenergieertrages ist zu empfehlen, vor allem um das Preis-Leistungsverhältnis der verschiedenen Anbieter durchschaubar zu machen und um die Effektivität der Anlage nachweisen zu können.

Der Jahresenergieertrag von Röhrenkollektoren pro m² Kollektorfläche für Messstandort Würzburg liegt je nach Hersteller und Typ bei 500-800 kWh/m² a.

Flachkollektoren liegen bei ca. 300-550 kWh/m² a.

Kollektoren mit Erträgen < 300 kWh/ m² a sind für klimatische Verhältnisse in Deutschland weniger gut geeignet. Durch ihren einfachen und sehr preisgünstigen Aufbau werden sie vorwiegend für südliche Klimaverhältnisse eingesetzt.

Zu beachten ist, dass auch mit einer leistungsschwachen Solaranlage immer ausreichend Warmwasser zur Verfügung steht, da die Solaranlage mit der Heizungsanlage verbunden ist. Die Energieeinsparung ist damit aber wesentlich geringer.

Kollektorwirkungsgrad und Wärmeertrag

Funktionsprinzip

Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der auf den Kollektor auftreffenden Sonnenenergie in nutzbare Wärme umgesetzt wird.

Er ist abhängig von der Stärke der Sonnenstrahlung, der Umgebungstemperatur des Kollektors und der Temperatur des Wärmeträgers. Da sich diese im Einsatz ständig ändern, ist der Wärmeertrag einer Anlage wesentlich wichtiger.

Der Solarkollektor sammelt durch Absorption die Wärme der Sonnenstrahlung und überträgt diese auf ein Transportmedium, die Solarflüssigkeit.

Für unterschiedliche Anwendungen sind verschiedene Bauformen von Solarabsorbern und -kollektoren entwickelt worden. Die bekanntesten sind Flachkollektoren, Vakuumkollektoren und Solarabsorber.

Montagesysteme

Kollektorpreise

Flachkollektoren können auf ein Schräg- oder Flachdach (Aufdachmontage) oder in das Dach (Indachmontage) montiert werden.

Für die Indachmontage sollten nur qualitativ hochwertige Montagesysteme verwendet werden.

Mit Vakuum-Röhrenkollektoren ist eine Indachmontage nicht möglich.

Eine Solaranlage muss nicht unbedingt auf ein Wohnhausdach. Es gibt viele Möglichkeiten, z. B. Garage, Carport, Gestell zu ebener Erde im Garten etc.

Entscheidend für den Preis der Kollektoren ist die Leistung und die verwendeten Materialien. Hier gibt es große Unterschiede am Markt.

Für die Leistungen gibt es eindeutige Herstellerangaben.

Bei den Materialien und die damit verbundene Haltbarkeit ist es für den Laien schwierig, evtl. gemachte Angaben nachzuvollziehen.

Alterung von Kollektoren

Flachkollektoren unterliegen auch einem gewissen Alterungsprozess, der stark von der Qualität abhängt.

Die Leistung vermindert sich im Laufe der Jahre mehr oder weniger.

Das ist bei älteren Kollektoren gut zu beobachten. Wenn die Kollektoren verfärbt oder angelaufen sind, kann die Leistung schon mal bis zu 50% sinken.

Bei hochwertigen modernen Kollektoren ist der Leistungsabfall wesentlich geringer.

Kollektortypen

Vakuum-Röhrenkollektoren

Der Absorber ist generell von einer evakuierten Glasröhre umgeben. Die Wärmeverluste sind dadurch extrem gering und die gewonnene Energie größer.

Sie eignen sich für die solare Warmwasserbereitung und besonders für Heizungsunterstützung auch im Winter bei Sonne oder diffuser Strahlung.

Nach der Anbindung an den Sammler unterscheidet man:

 1. Nassanbindung

Vorteil: Bessere Wärmeübertragung an den Kollektorwärmetauscher. Nachteil: Beim Wechsel der Röhre muss die Solarflüssigkeit teilweise entleert werden.

 2. Trockenanbindung

Vorteil: Keine Entleerung notwendig. Nachteil: Etwas schlechterer Wärmeübergang am Wärmetauscher.

Bauformen von Vakuum-Röhrenkollektoren

1. Direkt durchströmte Röhrenkollektoren

Die Wärmeträgerflüssigkeit wird durch Kupferrohre geleitet, die wärmeleitend mit dem Absorber verbunden sind.

2. Heatpipe Röhrenkollektoren > Funktionsschema (indirekt durchströmt)

Unter dem Absorberblech ist ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Verdampfungsrohr (Heatpipe) angebracht.

Bei Sonneneinstrahlung verdampft zunächst die Flüssigkeit und gibt am oberen Ende der Röhre an einen Wärmetauscher die Energie an die Wärmeträgerflüssigkeit ab und kondensiert wieder.

Bei einigen Herstellern ist zum Schutz gegen Überhitzung in der Röhre vor dem Wärmetauscher ein Thermoventil > Bild eingebaut.

 !  Wir empfehlen einen schriftlichen Nachweis, dass dieses Ventil auch tatsächlich eingebaut ist!

Heatpipe Kollektoren sind die leistungsstärksten und auch die teuersten Kollektoren. Schwachstelle ist die Haltbarkeit des Vakuums. Das Puffervolumen sollte sehr reichlich dimensioniert werden.

Flachkollektoren

Speicherkollektoren

Der Absorber besteht in d. R. aus schwarz (Schwarzchrom) oder blau (Titanoxyd) beschichteten Kupferblech mit in d. R. mäanderförmig angeordneten Kupferrohr zum Abtransport der Wärme auf der Rückseite.

Der Absorber wird mit sehr lichtdurchlässigem Sicherheitsglas abgedeckt. Zur Minimierung der Wärmeverluste ist auf der Rückseite eine Wärmeisolierung angebracht. Das ganze wird durch einen Rahmen zusammengehalten.

Flachkollektoren sind in d. R. langlebige und ausgereifte Produkte mit einem sehr guten Preis-/ Leistungsverhältnis und eignen sich für die solare Warmwasserbereitung und z. T. zur Heizungsunterstützung.

Der Ertrag ist bei Kälte oder diffuser Strahlung geringer.

> Bild

Kollektor und Warmwasserspeicher bilden eine Baueinheit. Durch die einfache Funktionsweise können Solarpumpe, Steuerung, Wärmetauscher und Solarkreisleitungen entfallen.

Der Speicherkollektor wird direkt in die Warmwasserversorgungsleitung eingebunden.

Anwendung besonders in südlichen Ländern mit hoher Sonneneinstrahlung.

Solarabsorber

Anwendung Schwimmbaderwärmung

Solarabsorber sind aus schwarzen Kunststoffrohr und durch ihren einfachen und preiswerten Aufbau und einen Temperaturbereich < 30°C für die Schwimmbaderwärmung im Sommer sehr geeignet.

Die Systemkosten sind relativ niedrig (z. B. ca. 75 €/m² bei einer 500 m²-Anlage).

Die Größe der Absorberfläche sollte zwischen 50 und 80% der Schwimmbeckenoberfläche liegen, um eine Temperaturerhöhung von ca. 6 bis 10°C zu erreichen.

Der Ertrag liegt im Sommer bei ca. 250 bis 350 kWh/m².

Die Betriebskosten bestehen nur aus dem Stromverbrauch der Umwälzpumpen.

Nach ca. 4 Jahren kann sich eine Anlage schon rechnen.

Anwendung Eisanlagen

Weniger bekannt ist die Anwendung von Absorber-Matten für Kunsteisbahnen.

Hier werden modifizierte Absorber am Boden verlegt und mir einem -10 bis -7°C kalten Frostschutz-Wassergemisch durchströmt und so eine Eisfläche erzeugt.

Luftkollektoren

lassen sich gut in Lüftungsanlagen und Luftheizsysteme einbinden.

Sie sind ähnlich aufgebaut wie Flachkollektoren. Anstelle einer Wärmeträgerflüssigkeit wird Luft erwärmt, die durch die Absorberkanäle geleitet wird.