Röhrenkollektoren – Funktion, Kosten und Aufbau
Wie ist ein Röhrenkollektor aufgebaut?
Ein Röhrenkollektor wandelt Sonnenlicht in Wärmeenergie um. Er besteht aus mehreren parallel angeordneten Röhren, die oft an der Innenseite verspiegelt sind, um die Effizienz zu erhöhen. Jede dieser Röhren enthält eine weitere, luftleere (vakuumierte) Röhre, die als Vakuumröhre bezeichnet wird. Innerhalb dieser Vakuumröhre befindet sich ein Absorber sowie ein Wärmerohr (Heat Pipe). In diesem Wärmerohr befindet sich ein spezielles Verdampfungsmittel, das bei Erhitzung verdampft und Wärme zum oberen Ende der Röhre transportiert, wo die Wärme an einen Wärmetauscher abgegeben wird. Die Solarflüssigkeit, die durch den externen Kreislauf fließt, nimmt die Wärme vom Wärmetauscher auf und transportiert sie zu einem Speicher oder Heizsystem.
Der Aufbau von Röhrenkollektoren im Detail:
- Kollektorrahmen: Der Kollektorrahmen hält die einzelnen Glasröhren und alle anderen Komponenten zusammen. Er sorgt für Stabilität und Schutz vor Umwelteinflüssen.
- Rohrsystem: Es verbindet den Röhrenkollektor mit dem Wärmespeicher.
- Absorber: Der Absorber befindet sich innerhalb der Vakuumröhre und ist dafür zuständig, die einfallende Sonnenenergie zu sammeln und in Wärme umzuwandeln.
- Wärmerohr (Heat Pipe): Die Heat Pipe ist ein Wärmeleitrohr, oft aus Kupfer, das innerhalb des Röhrenkollektors verläuft. Es dient dazu, die vom Absorber aufgenommene Wärme zu transportieren. In der Heat Pipe befindet sich ein Verdampfungsmittel, das bei Erhitzung verdampft und die Wärme nach oben transportiert.
- Glasröhre: Die Glasröhre umhüllt die Heat Pipe und den Absorber und bietet Schutz vor Wind, Regen und anderen Witterungseinflüssen. Sie ist oft doppelwandig und vakuumisoliert, um Wärmeverluste zu minimieren.
- Solarflüssigkeit: Die Solarflüssigkeit ist ein spezielles Medium, das die Wärme vom Absorber aufnimmt und transportiert. Diese Flüssigkeit ist oft ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, um auch bei niedrigen Temperaturen funktionsfähig zu bleiben.
- Reflektor: Ein Reflektor befindet sich hinter den Glasröhren und lenkt zusätzliches Sonnenlicht auf den Absorber, um die Effizienz der Wärmeaufnahme zu erhöhen.
Funktionsweise von Röhrenkollektoren
Die Funktionsweise von Röhrenkollektoren ist ähnlich einer Thermoskanne: Durch das Vakuum und die Verspiegelung der Röhren wird die Wärme im Inneren besonders gut isoliert und der Solarertrag erhöht. Die im Absorber befindliche Solarflüssigkeit wird erhitzt und fließt in einen Wärmespeicher. Von dort gelangt die Wärme bei Bedarf an die Verbraucherendpunkte, z. B. zur Dusche oder Heizung.
Die Funktionsweise von Röhrenkollektoren im Detail:
Absorption von Sonnenlicht: Der Absorber im Inneren der Röhren nimmt Sonnenlicht auf und wandelt es in Wärme um.
Erwärmung und Verdampfung: Die vom Absorber aufgenommene Wärme wird an das Verdampfungsmittel im Kupferrohr (Heat Pipe) übertragen, wodurch dieses verdampft und zum oberen Ende der Röhre aufsteigt.
Wärmeabgabe und Verflüssigung: Am oberen Ende der Heat Pipe gibt der heiße Dampf seine Wärme an das Rohrsystem ab, das mit einem Wärmetauscher verbunden ist. Im Wärmetauscher wird die Wärme von der Heat Pipe an die Solarflüssigkeit im Solarkreislauf abgegeben. Der Dampf kühlt ab, verflüssigt sich wieder und fließt zurück zum unteren Ende der Heat Pipe. Dieser Zyklus wiederholt sich kontinuierlich.
Speicherung der Wärme: Die von der Solarflüssigkeit aufgenommene Wärme wird in einem Pufferspeicher oder Warmwasserspeicher gespeichert.
Verteilung der Wärme im Haus: Das warme Wasser wird durch ein Rohrsystem zu Heizkörpern, Fußbodenheizungen oder Warmwasserleitungen geleitet und durch ein Regel- und Pumpensystem bedarfsgerecht verteilt.
Funktion von Röhrenkollektoren:
Wie viel Wärme produzieren Röhrenkollektoren?
Die jährliche thermische Leistung von Röhrenkollektoren liegt bei etwa 500 bis 800 kWh pro Quadratmeter Kollektorfläche und der Wirkungsgrad beträgt 60 bis 80 Prozent.
Wie viel Wärme Ihre Solarthermie-Anlage final erzeugt, hängt von verschiedenen Faktoren wie der Qualität der Röhren, der geografischen Lage sowie der Wartung ab.
Beispielrechnung
Ein Röhrenkollektor hat eine Fläche von ca. 2 m² und befindet sich in einer sonnenreichen Region mit einer durchschnittlichen jährlichen Sonneneinstrahlung von 1.200 kWh/m². Daraus ergibt sich eine jährliche Wärmeleistung von 1.400 kWh/Jahr.
Wärmeleistung = Kollektorfläch x Wärmeerzeugung pro m²
2 m² x 700 kWh/m² = 1.400 kWh/Jahr
Was kosten Röhrenkollektoren?
Der Preis für Röhrenkollektoren liegt bei etwa 350 bis 850 Euro pro m² Kollektorfläche.
Die Kosten einer Solarthermie-Anlage mit Röhrenkollektoren für Warmwasser und Heizung inklusive Kombispeicher zur Versogung eines 4-Personen-Haushaltes liegen bei etwa 13.750 Euro.
Kostenbeispiel Solarthermie mit Röhrenkollektoren
Bestandteil | Kosten* |
|---|---|
8 m² Vakuum-Röhren-Kollektoren | ca. 8.750 Euro |
1.000 Liter Kombispeicher | ca. 2.500 Euro |
Installation | ca. 2.500 Euro |
Gesamt | ca. 13.750 |
Wartung und Lebensdauer von Röhrenkollektoren
Röhrenkollektoren für Solarthermie haben eine Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren. Regelmäßige Wartungsintervalle sind entscheidend für die optimale Leistung und Lebensdauer von Röhrenkollektoren. Visuelle Inspektionen und Reinigungen sollten jährlich erfolgen, während tiefere Überprüfungen der Dichtungen, Verbindungen und der Solarflüssigkeit alle paar Jahre notwendig sind. Ein vollständiger Austausch der Solarflüssigkeit sollte spätestens alle zehn Jahre stattfinden.
Die Wartung umfasst im Detail:
- Jährlich: Überprüfen auf sichtbare Schäden, Risse oder Verschmutzungen und gegebenenfalls die Glasröhren äußerlich reinigen.
- Alle 2 bis 3 Jahre: Überprüfung der Dichtungen und der Verbindungen und bei Bedarf diese austauschen.
- Alle 5 Jahre: Überprüfung der Solarflüssigkeit auf Zusammensetzung und Füllmenge, gegebenenfalls nachfüllen oder austausch der Flüssigkeit. Überprüfen und der Wärmetauscher und des Rohrsystems auf Blockaden oder Ablagerungen und anschließende Reinigung dieser.
- Alle 10 Jahre: Spätestens nach zehn Jahren sollte die Solarflüssigkeit komplett ausgetauscht werden.
Was ist besser: Röhrenkollektor oder Flachkollektor?
Die Frage nach der passenden Kollektorart für Solarthermie ist von Ihrem gewünschten Solarertrag, der verfügbaren Montagefläche auf dem Dach und wie viel Ihre Solarthermie-Anlage kosten darf, abhängig. Flachkollektoren sind in der Regel günstiger in der Anschaffung, aber auch nicht so leistungsstark wie Vakuumröhrenkollektoren. Haben Sie nur eine kleinere Dachfläche zur Verfügung und planen Ihre Solarthermieanlage für Warmwasser und Heizwärme zu nutzen, sind Röhrenkollektoren meist von Vorteil. Um Ihnen bei der Entscheidung zu helfen, haben wir in unserer Tabelle die verschiedenen Eigenschaften von Röhren- und Flachkollektoren gegenübergestellt:
Vorteile | Nachteile | |
|---|---|---|
Röhrenkollektoren |
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Flachkollektoren |
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Röhrenkollektoren sind auch im Winter effizient, da sie dank ihrer Vakuumisolierung die Wärmeverluste minimieren und somit auch bei niedrigen Temperaturen effektiv arbeiten. Sie können selbst bei diffusem Licht und weniger Sonnenstunden eine ausreichende Menge an Wärme erzeugen, um zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung beizutragen. Dadurch bleiben sie eine zuverlässige Quelle für Solarthermie auch in den kälteren Monaten des Jahres
Für die Warmwasserbereitung werden pro Person etwa 1,5 m² Flachkollektoren benötigt, bei Röhrenkollektoren genügt 1 m². Wenn die Anlage auch die Heizung unterstützen soll, sind bei Flachkollektoren etwa 3 m² und bei Röhrenkollektoren etwa 2 m² pro Person erforderlich. Dabei handelt es sich jedoch nur um grobe Faustformeln.
Die Kosten einer Solarthermieanlage für Warmwasser und die Heizungsunterstützung für ein Einfamilienhaus liegen zwischen 8.000 und 15.000 Euro. Anlagen nur zur Warmwasserbereitung kosten etwa zwischen 4.000 und 8.000 Euro.
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