Solarabsorber: Beste Wärmeausbeute aus der Sonnenenergie

Solarabsorber als Bestandteil eines Solarkollektors

Während per Definition die Photovoltaik Strom zur Verfügung stellt, wandelt die Solarthermie die Sonnenstrahlung in Wärme um. Dabei sind bei beiden die Solarabsorber die Hauptkomponente innerhalb eines jeden Solarkollektors und für den Umwandlungsprozess verantwortlich. Es gilt: Je verlustarmer die Umwandlung, desto effizienter ist der Prozess.

Natürlich braucht es noch viele weitere Komponenten, damit die UV-Strahlung der Sonne bei den Bewohnern in Form von Heizungswärme oder Warmwasser ankommt:

• Dazu gehören Wärmetauscher: In ihnen geht die Wärme von der Solarflüssigkeit auf das Heizungswasser oder das Warmwasser über.
• Speicher sind notwendig, um die Energie zu in Zeiten mit hohem Wärmeertrag und niedrigem Bedarf zu speichern
• Doch ohne den Solarabsorber als wichtigste Komponente geht es nicht.

Funktionsweise von Solarabsorbern

Im engeren Sinne ist der Solabsorber das Bauteil eines Solarthermiekollektors, das die Strahlungsenergie der Sonne in Wärmeenergie umwandelt. Der Absorber kann aus metallischen Werkstoffen, wie Edelstahl oder Kupfer, bestehen. Das Bauteil nimmt die Strahlung auf und erhitzt sich dabei.

Abgrenzung zwischen Röhrenabsorber und Flachkollektor

Weder Flachkollektoren noch Röhrenkollektoren (oder auch Röhrenabsorber oder Vakuumröhrenkollektoren genannt) kommen ohne das Bauteil aus, das die Sonnenstrahlung absorbiert und in Form von Wärme nutzbar macht. Dennoch wird sich Ihnen bei der Planung einer Solarthermieanlage früher oder später die Frage stellen, ob Sie Flachkollektoren oder Absorber installieren lassen sollen. Doch wo liegt der Unterschied?

Flachkollektoren/Flächenabsorber

Flachkollektoren sind hierzulande die verbreitetste Bauform von Solarthermiemodulen. Ihre einfache, aber effiziente Konstruktion ist nicht nur sehr robust, sondern auch günstig in der Anschaffung. Der Flachkollektor ist speziell für die Warmwasserbereitung zuständig, doch er kann auch die Hauptheizung bei der Bereitstellung von Raumwärme unterstützen.

Der Absorber im Flachkollektor ist ein beschichtetes Blech, das sich im Kollektorgehäuse befindet. Es hat nach hinten und zu den Seiten eine Dämmung, um Wärmeverluste zu vermeiden. Von vorne schützt eine Platte aus Solarglas den Absorber. Für eine gute Ausbeute muss die Abdeckplatte möglichst viel Strahlung ungehindert auf den Absorber treffen lassen. Den Wärmetransport übernehmen die mit Solarflüssigkeit gefüllten Rohre, die sich hinter dem Absorber befinden.

Der Wirkungsgrad von Flächenabsorbern beträgt 60 bis 80%. Zudem überzeugen sie mit einem attraktiven Preis-Leistungs-Verhältnis. 

Röhrenkollektoren/Röhrenabsorber

Die Röhrenabsorber setzen genau an der entscheidenden Schwachstelle von Flachkollektoren an: dem Wärmeverlust. Der wichtige Unterschied bei dieser Bauform: Hier ist der enthaltene Absorber nicht der Umgebungsluft ausgesetzt. Ein Vakuum trennt den Wärmeübertrager von der Umwelt. So fallen die Wärmeverluste deutlich geringer aus.

Röhrenkollektoren haben einen sehr hohen Wirkungsgrad von 90% und sind dementsprechend deutlich teurer als Flachkollektoren.

Luftkollektoren/Luftabsorber

Luftkollektoren sind ähnlich wie Flachkollektoren aufgebaut. Der Unterschied: In den Rohren zirkuliert keine Wärmeflüssigkeit, sondern Luft. Ventilatoren saugen Luft an, die die Energie der Sonne erhitzt. Luftschächte leiten die aufgewärmte Luft weiter.

Der Wirkungsgrad von Luftkollektoren beträgt zwischen 50 und 75%.

Der Röhrenaufbau sorgt aus zwei Gründen für eine höhere Effizienz: Erstens, der gestiegene Wirkungsgrad und zweitens, die Bereitstellung der Wärme auf einem höheren Temperaturniveau. Dadurch ist der Vakuumröhrenkollektor platzsparender, aber auch teurer als der Flachkollektor.

Verschiedene Bauarten von Röhrenkollektoren

Je nach Ausführung hat der Röhrenkollektor dem Flachkollektor noch etwas voraus. So gleicht ein direkt durchströmter Röhrenkollektor einen nicht ganz idealen Dachneigungswinkel teilweise aus. Bei dieser Bauform zirkuliert die Solarflüssigkeit mit dem Absorber im Glasröhrchen. Diese lassen sich drehen und so im Winkel an das vorhandene Dach anpassen.

Solche Kollektoren können zusätzlich mit einem CPC (Compound Parabolic Concentrator) ausgestattet sein. Das Besondere dabei: Hinter den Röhren sind Parabolspiegel angeordnet. Diese werfen die einfallende Strahlung gebündelt auf die Röhren zurück. So ist der Wärmegewinn bei diffusen Lichtverhältnissen besser. Solche Röhrenkollektoren können im Winter noch einen Beitrag zur Heizungsunterstützung leisten, wenn Flachkollektoren bereits nicht mehr funktionieren.

Beim Heatpipe-Kollektor, der indirekt durchströmt wird, kommen zwei getrennte Kreisläufe zum Einsatz. Im Inneren eines Wärmerohres (Heatpipe) verdampft eine Flüssigkeit und sammelt sich an dessen oberem Ende. Dort findet die Übertragung der Wärme an die Solarflüssigkeit statt. Das abgekühlte Kondensat fließt wieder nach unten, wodurch der Kreislauf von Neuem beginnen kann. Hier ist es wichtig, dass das Dach die passende Neigung hat.

Solarabsorber als Poolheizung

Beim Solarabsorber für die Beheizung des Poolwassers handelt es sich um eine einfache, unverglaste Bauform eines Kollektors aus Kunststoff. Meist sind die einzelnen Schläuche in Matten zusammengefasst. Die Pumpe lässt das Poolwasser im Kreislauf durch die von der Sonne aufgeheizten Windungen der Matte zirkulieren. So kann das Wasser die Wärme der Kunststoffschläuche aufnehmen.

Die Absorber können Sie selbst in den Filterkreislauf Ihres Pools integrieren. Idealerweise gibt es einen Bypass, sodass das Poolwasser je nach Bedarf nur den Filter oder Filter und Solaranlage passieren kann. Das entlastet die Umwälzpumpe, wenn kein Wärmebedarf besteht.

Im Sommer gleichen die Solarabsorber die nächtlichen Wärmeverluste aus, sodass die Temperatur des Wassers konstant bleibt. Damit die Heizleistung ausreicht, können Sie bei der Dimensionierung der Absorber die folgenden Anhaltswerte nutzen:

• Abgedeckter Pool: Absorberfläche zirka 50 bis 70% der Beckenoberfläche
• Offener Pool: Absorberfläche 100% der Beckenoberfläche

Größere Absorberflächen sind nicht notwendig, sie können aber das Poolwasser schneller erwärmen. Je nach Volumen des Schwimmbads können Sie bereits mit wenigen Hundert Euro eine wirksame Solarheizung aufbauen.

Ihr Heizungsinstallateur hilft bei der Kollektorauswahl

Die Solarthermie kann ohne Absorber nicht funktionieren. Der Aufbau um den Absorber herum ist jedoch aufwendig. Deshalb haben Röhrenkollektoren für Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung einige Vorteile gegenüber den noch verbreiteten Flachkollektoren:

• hoher Wirkungsgrad, daher geringer Flächenbedarf
• auch im Winter zur Heizungsunterstützung geeignet
• erleichterte Montage „Röhre für Röhre“
• guter Ertrag bei nicht optimaler Ausrichtung und Neigung des Daches

Wir raten: Lassen Sie sich von einem Fachmann beraten, welche Lösung für Sie die Richtige ist.