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Solarkollektoren – Funktionsweise und Arten

Undine Tackmann, Online-Redakteurin
Undine Tackmann
31. Mai 2024

Solarthermie kann für Warmwasser und zur Unterstützung der Heizung eingesetzt werden. Dabei wandeln thermische Solarkollektoren die Sonnenenergie in Wärme um. Wollen Sie Solarkollektoren kaufen, stehen Ihnen unterschiedliche Arten zur Auswahl. Unsere Übersicht hilft Ihnen bei der Entscheidung.

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Wie ist ein Solarkollektor aufgebaut?

Der Aufbau der Solarkollektoren ist bei fast allen Varianten gleich. Folgende Bestandteile sind standardmäßig in jedem Kollektor vorzufinden:

  • Kollektorrahmen: Zum Schutz des Absorbers und der Leitungen vor Witterungseinflüssen.
  • Solarglas: Es lässt möglichst viel Licht - und damit Sonnenenergie - auf den Absorber. Es muss extrem lichtdurchlässig sein und darf keine Strahlen reflektieren.
  • Absorber: Bestehend aus Kupfer, Aluminium oder Glas mit dunkler Beschichtung sorgt er für hohe Wärme-Absorption (Aufnahme) und geringe Emission (Abgabe).
  • Wärmedämmung: Sie verhindert, dass die gewonnene Wärmeenergie über den Kollektorrahmen an den Seiten und über die Rückwand verloren geht.
  • Rohrsystem: Dient zum Transport der Wärme mittels einer Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel zum Wärmespeicher.

Aufbau Flachkollektoren:

Grafik zur Funktion und dem Aufbau eines Flachkollektors
Flachkollektoren werden meist für Warmwasser eingesetzt.

Aufbau Röhrenkollektoren:

Grafik zur Funktion und dem Aufbau eines Röhrenkollektors
Röhrenkollektoren werden meist für Warmwasser und Heizwärme eingesetzt.

Wie funktionieren Solarkollektoren?

Eine Solarthermieanlage wandelt mittels Solarkollektoren auf dem Dach Sonnenstrahlen in Wärmeenergie um. Wenn die Sonnenstrahlen auf die Oberfläche der Kollektoren treffen, wird die schwarze Oberfläche des Absorbers erwärmt, welcher wiederum die Wärme an die Flüssigkeit im Rohrsystem abgibt.

Die so erwärmte Flüssigkeit wird dann durch die Solarpumpe durch das Rohrsystem zum Speicher oder Wärmetauscher befördert. Nachdem die Wärme abgegeben wurde, fließt die abgekühlte Solarflüssigkeit zurück zu den Kollektoren, um erneut erwärmt zu werden.

Funktion Flachkollektoren:

Grafik zur Funktion und dem Aufbau eine Flachkollektors
Flachkollektoren werden meist für Warmwasser eingesetzt.

Funktion Röhrenkollektoren:

Grafik zur Funktion und dem Aufbau eines Röhrenkollektors
Röhrenkollektoren werden meist für Warmwasser und Heizwärme eingesetzt.

Arten von Solarkollektoren

Je nach Anspruch an Ihre thermische Solaranlage können Sie zwischen folgenden Kollektorarten wählen:

Flachkollektoren

Ein dunkelblauer Flachkollektor vor einem transparentem Hintergrund

Flachkollektoren sind die häufigste Art der Solarkollektoren. Sie sind sowohl für Flachdächer als auch für Spitzdächer geeignet. Das rechteckige, wärmedämmende Gehäuse besteht meist aus Aluminium oder Edelstahl und wird mit einem robusten Glas abgedeckt. Das sorgt dafür, dass sich im Inneren des Kollektors möglichst viel Sonnenlicht sammelt, und schützt gleichzeitig vor äußeren Einflüssen wie Regen oder Hagel.

Die Sonneneinstrahlung wird durch den Absorber, ein wärmeleitendes und dunkel beschichtetes Metallblech, in Wärme umgewandelt. Im Absorber befindet sich ein Wärmeleiter, welcher die Wärme in den Solarspeicher weiterleitet.

Häufige Anwendungsbereiche sind in Ein-, Zwei- und Mehrfamilienhäusern für Heizung und Warmwasser.

Röhrenkollektoren

Grafische Darstellung eines blauen Röhrenkollektors

Röhrenkollektoren werden auch als Vakuumröhrenkollektoren bezeichnet. Sie haben einen höheren Wirkungsgrad als Flachkollektoren, sind allerdings auch teurer in der Anschaffung.

Die Kollektoren bestehen aus mehreren luftleeren Röhren mit jeweils einem Absorber. Das Vakuum in den Röhren sorgt für eine besonders gute Wärmeisolierung. So verhindert das Vakuum, dass die im Inneren angesammelte Wärme nach außen verloren gehen kann. Der im Absorber vorhandene Wärmeleiter führt die Wärme in den Speicher und von dort über den Verteiler weiter an den gewünschten Ort.

Häufige Anwendungsbereiche sind in Ein-, Zwei- und Mehrfamilienhäusern für Heizung und Warmwasser sowie für die Erzeugung von Prozesswärme in der Industrie.

Luftkollektoren

Grafische Darstellung eines blauen Luftkollektors

Luftkollektoren haben eine ähnliche Optik wie Flachkollektoren, der flüssige Wärmeträger wird hier allerdings durch Luft ersetzt. In der Regel werden sie auf größeren Gebäuden wie Sporthallen, Schwimmbädern oder Lagerhallen eingesetzt.

Luft-Solarkollektoren funktionieren nach folgendem Prinzip: Frische Außenluft wird über einen gefilterten Ventilator angesaugt und von der Sonne im Kollektor aufgeheizt. Über Luftschächte gelangt die erwärmte Luft direkt ins Gebäude und sorgt gleichzeitig für eine frische Luftzufuhr und angenehme Wärme.

Häufige Anwendungsbereiche sind in Lagerhallen, Sporthallen und Schwimmbädern sowie Ferienhäusern oder Berghütten, wenn sie eine Luftheizung besitzen.

Hybridkollektoren

Grafische Darstellung eines blauen Hybridkollektors

Auch unter den Namen Photothermiekollektor (PVT-Kollektor) oder Solarhybridkollektor bekannt, bieten Hybridkollektoren eine Kombination aus Strom- und Wärmeerzeugung.

Diese Solarkollektoren vereinen in ihrem Aufbau ein Photovoltaikmodul und einen darunter angeordneten solarthermischen Absorber. Das einfallende Sonnenlicht wird direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Diesen können Sie einspeisen oder selbst verbrauchen. Der Absorber nutzt die Wärme des Sonnenlichts und leitet diese mittels Wärmeleiter weiter. Dadurch können diese Solarkollektoren ebenfalls für die Bereitung von Warmwasser und Heizungswärme genutzt werden.

Häufige Anwendungsbereiche sind in Ein-, Zwei- und Mehrfamilienhäusern für Heizung und Warmwasser.

Unverglaste Kollektoren

Grafische Darstellung eines blauen Poolkollektors

Unverglaste Solarkollektoren werden auch als Poolkollektoren bezeichnet, da sie meist in Schwimmbecken eingesetzt werden. Sie haben einen niedrigen Wirkungsgrad, sind jedoch preisgünstig zu erwerben und bestehen aus einem UV- und witterungsbeständigen Material.

In Schlauch- oder Mattenform befinden sich die unverglasten Kollektoren auf dem Dach. Die Sonne erwärmt das Wasser in den Solarkollektoren und transportiert es für die Nutzung im Pool weiter.

Häufige Anwendungsbereiche sind als Heizung für Swimmingpools sowie als Wärmequelle für Wärmepumpensysteme.

Vor- und Nachteile der Kollektorarten im Überblick

Kollektorart

Vorteile

Nachteile

Flachkollektor

Vorteile

  • einfach und schnell aufzubauen
  • vollständige Integration ins Dach möglich
  • robust und langlebig
  • einfache Reinigung
  • gut zur Warmwasserbereitung geeignet

Nachteile

  • mäßiger Wirkungsgrad
  • hoher Platzbedarf

Röhrenkollektor

Vorteile

  • hoher Wirkungsgrad
  • für Warmwasser- undHeizungswärme geeignet
  • platzsparend
  • auch einzelne Röhren können installiert werden

Nachteile

  • empfindliche Vakuum-Technik
  • keine vollständige Integration ins Dach möglich

Luftkollektor

Vorteile

  • einfache Funktionsweise
  • wartungsarm und robust
  • Luft nimmt Wärme schneller auf als Flüssigkeit

Nachteile

  • keine Wärmespeicherung
  • hoher Platzbedarf

Hybridkollektor

Vorteile

  • Strom- und Wärmeerzeugung
  • kein zusätzlicher Platz für PV-Module nötig
  • einheitliche Optik aller Kollektoren
  • hohe Effizienz

Nachteile

  • hohe Anschaffungskosten
  • wenige Hersteller

Unverglaster Kollektor

Vorteile

  • einfache Selbstinstallation
  • geringe Anschaffungskosten
  • Witterungsbeständigkeit
  • geeignet für viele Dachformen

Nachteile

  • niedriger Wirkungsgrad
  • Einsatzgebiet ist weitestgehend auf den Pool begrenzt

Welches sind die passenden Solarkollektoren?

Beim Auswählen von Solarkollektoren gibt es einige wichtige Aspekte zu berücksichtigen, die Ihnen dabei helfen, die beste Entscheidung für Ihre spezifischen Bedürfnisse und Standortbedingungen zu treffen. Bevor Sie Solarkollektoren kaufen, ist ein Vergleich von Herstellern und Modellen angebracht. Allerdings sollten Sie nicht nur auf den Preis achten: Teurere Solarkollektoren haben meist einen hohen Wirkungsgrad und damit mehr Leistung pro Quadratmeter. Folgende Aspekte sind für die passende Wahl wichtig:

  • Nutzen der Anlage: Wofür soll Ihre Solarthermieanlage genutzt werden? Ausschließlich für Warmwasser und/oder auch als Heizungsunterstützung? Suchen sie Kollektoren als Poolheizung oder für ein Ferienhaus? Jede Kollektorart hat ihre spezifischen Einsatzbereiche und Vorteile.
  • Größe und Ausrichtung: Die Größe der solarthermischen Anlage sollte auf Ihren Energiebedarf zugeschnitten sein. Dementsprechend sollten auch die Kollektoren ausgewählt werden.
  • Effizienz der Kollektoren: Die Effizienz eines Solarkollektors ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit der Anlage. Röhrenkollektoren sind erzielen mehr Leistung pro Modul als Flachkollektoren. Auch die Ausrichtung und Neigung der Kollektoren zur Sonne beeinflussen die Effizienz.
  • Qualität und Garantie: Achten Sie auf die Qualität der Produkte und prüfen Sie die Garantiebedingungen. Längere Garantien können auf eine höhere Lebensdauer und bessere Leistung des Systems hinweisen.
  • Budget und Kosten: Berücksichtigen Sie Ihr Budget und die Gesamtkosten, einschließlich der Installation und möglicher Wartungskosten. Manchmal kann es sinnvoll sein, mehr zu investieren, um langfristig höhere Einsparungen zu erzielen.
  • Lokale Vorschriften: Informieren Sie sich über lokale Vorschriften für die Installation von solarthermischen Anlagen. Mittlerweile ist es keine Seltenheit, dass eine energetische Energiequelle beim Hausbau bzw. bei der Sanierung verpflichtend ist.

Was kosten Solarkollektoren?

Die Solarkollekten beeinflussen den Preis für eine Solarthermie-Anlage maßgeblich. Wie viel Solarkollektoren kosten, hängt in erster Linie davon ab, welche Variante Sie wählen. Für die am häufigsten verwendeten Flach- und Röhrenkollektoren können Sie mit Preisen zwischen 220 und 850 Euro pro Quadratmeter Kollektorfläche rechnen.

Über die Art, die Größe und die Maße der für Sie passenden Solarkollektoren sowie die anfallenden Preise kann ein Fachunternehmen aus Ihrer Nähe Sie am besten beraten.

Preise von Solarkollektoren:

Kollektorart

Preise pro Quadratmeter*

Flachkollektor

ca. 220 bis 550 Euro

Röhrenkollektor

ca. 350 bis 850 Euro

Hybridkollektor

ca. 370 bis 400 Euro

Luftkollektor

ca. 300 bis 700 Euro

Unverglaster Kollektor

ab 100 Euro

* Preise sind Durchschnittswerte und dienen zur Orientierung.

Häufig gestellte Fragen

Wie funktioniert ein Solarkollektor einfach erklärt?

Ein Solarkollektor wandelt Sonnenlicht direkt in Wärme um, indem er die Strahlungsenergie der Sonne aufnimmt und diese an ein Wärmeträgermedium, meist eine Flüssigkeit, überträgt. Diese erwärmte Flüssigkeit wird anschließend durch ein Rohrsystem geleitet, um entweder Wasser zu erhitzen oder zur Raumheizung beizutragen.

Wie viel kosten Solarkollektoren?

Die Kosten für Solarkollektoren sind von ihrer Leistung abhängig. Flachkollektoren werden meist für die Warmwasserbereitung verwendet und kosten zwischen 220 bis 550 Euro pro m² Kollektorfläche. Leistungsstärkere Röhrenkollektoren sind gut geeignet für Warmwasser und Heizwärme und kosten zwischen 300 bis 800 Euro pro m² Kollektorfläche.

Wie viele Solarkollektoren brauche ich?

Welche Größe für Ihre Solarthermieanlage passend ist, kann anhand der Personen im Haus grob überschlagen werden. Die Kollektorfläche sollte etwa 1 bis 1,5 Quadratmeter je Person (bei Flachkollektoren) bzw. 1,25 Quadratmeter je Person (bei Röhrenkollektoren) betragen.

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