Flachkollektor für Solarthermie – Funktion, Kosten, Vorteile
Was sind Flachkollektoren?
Flachkollektoren sind eine Art von Solarkollektoren, die zur Gewinnung von Wärmeenergie aus Sonnenlicht verwendet werden. Die gewonnene Wärme dient zur Warmwasserbereitung oder zum Heizen. Flachkollektoren sind robust, einfach zu installieren und eignen sich besonders gut für Anwendungen in Einfamilienhäusern und kleinen Gewerbebauten.
Wie ist ein Flachkollektor aufgebaut?
Flachkollektoren bestehen aus einem rechteckigen Kollektorgehäuse mit einer durchsichtigen Abdeckung aus Solarglas. Im Inneren des Flachkollektors befindet sich ein dunkles Absorberblech, das die Wärme der Sonnenstrahlen aufnimmt und an darunterliegende Rohre aus Kupfer oder Aluminium weitergibt. Diese Rohre sind mit einer Solarflüssigkeit gefüllt. An den Seiten und unter dem Rohrsystem befindet sich eine Dämmschicht, die Wärmeverluste vermeidet.
Der Aufbau von Flachkollektoren im Detail:
- Solarglas: Die Oberseite des Flachkollektors besteht aus einer transparenten Abdeckung, meist aus Solarglas. Es lässt die Sonnenstrahlen durch und schützt die darunterliegenden Komponenten.
- Absorbtionsblech: Unter dem Solarglas befindet sich der Absorber aus Kupfer oder Aluminium. Er ist ist dunkel beschichtet und oft mit einer Vakuumbeschichtung, um viel Wärme aufnehmen zu können.
- Rohrschlange für Solarflüssigkeit: Unter dem Absorber verläuft eine Rohrschlange, durch die die Solarflüssigkeit fließt. Sie transportiert die aufgenommene Wärme weiter zum Heizsystem im Haus.
- Wärmedämmung: Hinter dem Absorbtionsblech befindet sich eine zusätzliche Schicht Wärmedämmung in der die Rohrschlange eingelassen ist, um zu verhindern, dass die aufgenommene Wärme nach hinten entweicht.
- Kollektorgehäuse: Das Kollektorgehäuse besteht aus Aluminium (an den Seiten und der Unterseite), im Inneren befindet sich der Kollektor. Die Seitenwände des Kollektorgehäuses sind isoliert.
Aufbau eines Flachkollektors
Wie funktionieren Flachkollektoren?
Flachkollektoren funktionieren durch einen Wärmekreislauf: Sonnenlicht trifft auf die Kollektoroberfläche und erwärmt die darin zirkulierende Solarflüssigkeit. Diese Wärme wird dann über einen Wärmetauscher an einen Warmwasserspeicher oder Heiz-Pufferspeicher übertragen.
Nachdem die Solarflüssigkeit ihre Wärme abgegeben hat, wird sie durch eine Umwälzpumpe zurück in den Kollektor geführt. Dadurch entsteht ein ständiger Kreislauf von Erwärmung, Wärmeübertragung, Abkühlung und Wiedererwärmung.
Die Funktionsweise von Flachkollektoren im Detail:
- Absorption der Sonnenstrahlen: Die Sonnenstrahlen treffen auf das Solarglas des Flachkollektors. Das darunterliegende Absorbtionsbleck absorbiert die Sonnenstrahlen und wandelt sie in Wärme um.
- Erwärmung der Rohrschlange: In engem Kontakt mit dem Absorptionsblech verläuft die Rohrschlange mit der Solarflüssigkeit. Die Wärme vom Absorptionsblech wird somit an diese Flüssigkeit übertragen.
- Zirkulation der Solarflüssigkeit: Die kalte Solarflüssigkeit wird durch den Kaltwassereinlauf in die Rohrschlange des Kollektors geleitet. Während sie durch die Rohrschlange zirkuliert, nimmt sie die vom Absorptionsblech erzeugte Wärme auf.
- Ableiten der erwärmten Solarflüssigkeit: Die nun erwärmte Solarflüssigkeit wird aus dem Kollektor herausgeleitet und überträgt ihre Wärme über einen Wärmetauscher, der diese Energie an das Heiz- oder Brauchwassersystem des Gebäudes überträgt.
- Rückführung der abgekühlten Flüssigkeit: Die abgekühlte Solarflüssigkeit wird nach der Wärmeabgabe durch eine Umwälzpumpe zurück in den Kollektor gepumpt, wo sie erneut erwärmt wird.
Funktionsweise eines Flachkollektors
Wärmeproduktion von Flachkollektoren
Die jährliche thermische Leistung von Flachkollektoren liegt bei etwa 350 bis 500 kWh pro Quadratmeter Kollektorfläche. Der Wirkungsgrad beträgt 70 bis 80 Prozent.
Wie viel Wärme Ihre Solarthermie-Anlage mit Flachkollektoren final erzeugt, hängt von verschiedenen Faktoren wie der Qualität der Kollektoren, der geografischen Lage sowie der Wartung ab.
Beispielrechnung
Ein Flachkollektor hat eine Fläche von ca. 2,5 m² und in einer sonnenreichen Region mit einer durchschnittlichen jährlichen Sonneneinstrahlung von 1.200 kWh/m² eine Wärmeerzeugung von 450 kWh pro m³ Kollektorfläche. Daraus ergibt sich eine jährliche Wärmeleistung von 1.125 kWh/Jahr.
Wärmeleistung = Kollektorfläche x Wärmeerzeugung pro m²
2,5 m² x 450 kWh/m² = 1.125 kWh/Jahr
Was kosten Flachkollektoren?
Solarthermie mit Flachkollektoren kostet etwa 220 bis 550 Euro pro m² Kollektorfläche.
Zur Versorgung eines 4-Personen-Haushalts mit Warmwasser mittels Flachkollektoren, können Sie mit Kosten für Solarthermie-Anlage von rund 6.000 Euro rechnen.
Kostenbeispiel Solarthermie mit Flachkollektoren
Bestandteil | Kosten* |
|---|---|
5 m² Flachkollektoren | ca. 2.250 Euro |
300 Liter Trinkwasserspeicher | ca. 1.500 Euro |
Installation | ca. 1.900 Euro |
Gesamt | ca. 5.650 Euro |
Förderungen für Solarthermie
Solarthermie gilt als umweltfreundlich und mit ihrem Gebrauch leisten Sie einen Beitrag zu den Klimazielen Deutschlands. Aus diesem Grund werden Solarthermieanlagen gefördert. Staatliche Fördergelder werden über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) vergeben. Daneben gibt es zahlreiche Förder- und Finanzierungsmöglichkeiten über Programme der Bundesländer, Städte und Gemeinden.
Wann sind Flachkollektoren sinnvoll?
Planen Sie mit Ihrer solarthermischen Anlage ausschließlich warmes Wasser zu erzeugen, sind Flachkollektoren ausreichend. Für eine Solarthermieanlage zur Produktion von Warmwasser und Heizwärme ist eine leistungsstärkere Anlage notwendig.
Infolgedessen müssen Sie eine größere Fläche an Flachkollektoren auf das Dach montieren. Haben Sie nicht ausreichend Montagefläche zur Verfügung, können Sie auf leistungsstärkere Röhrenkollektoren für Solarthermie zurückgreifen.
Vorteile von Flachkollektoren
- einfache, schnelle Montage
- vergleichsweise kostengünstig
- vollständige Integration ins Dach möglich (Indachmontage)
- robust und langlebig
Nachteile von Flachkollektoren
- relativ große Dachfläche notwendig
- meist nur zur Wasserbereitung ausreichend
Vergleich: Flachkollektoren vs. Röhrenkollektoren
Die Wahl zwischen Flach- und Röhrenkollektoren hängt von den spezifischen Anforderungen und Bedingungen ab: Flachkollektoren sind günstiger und einfacher zu installieren sowie ideal bei direkter Sonneneinstrahlung. Röhrenkollektoren sind teurer, bieten aber eine höhere Effizienz und bessere Leistung bei kaltem Wetter und diffusem Sonnenlicht.
Flachkollektoren | Röhrenkollektoren | |
|---|---|---|
Aufbau | Bestehen aus einem flachen, rechteckigen Rahmen mit durchsichtiger Abdeckung und absorbierendem Material; darunter befindet sich ein Rohrsystem mit Flüssigkeit zum Wärmetransport. | Bestehen aus parallel angeordneten Glasröhren mit Absorberfläche, Vakuumisolierung und Wärmerohr (Heat-Pipe) mit Flüssigkeit. |
Funktionsweise | Sonnenlich wird von der Absorberfläche in Wärme umgewandelt, die dann durch eine Flüssigkeit im Rohrsystem zur Warmwasserbereitung oder Heizungsunterstützung transportiert wird. | Sonnenlicht wird von Absorberflächen in den Röhren aufgenommen und über Heat-Pipes an ein Wärmerohr weitergeleitet. |
Effizienz | Gute Effizienz bei direkter Sonneneinstrahlung mit einem Wirkungsgrad von 70-80 Prozent, aber anfällig für Wärmeverluste bei niedrigen Außentemperaturen. | Effizienter als Flachkollektoren, besonders bei diffusem Licht und kalten Temperaturen, mit einem Wirkungsgrad von 80-90 Prozent. |
Vorteile | Kostengünstig, einfach zu montieren, robust, langlebig und für Indachmontage geeignet. | Hoher Solarertrag, relativ unabhängig von Umgebung, platzsparend und optimal für Warmwasser und Heizwärme. |
Einsatzgebiete | Ein- und Mehrfamilienhäuser, Gartenhäuser, Industrie und Gewerbe | Ein- und Mehrfamilienhäuser, Ferienhäuser, Industrie und Gewerbe |
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Flachkollektoren haben bei guter Pflege und regelmäßiger Wartung eine Lebensdauer von 30 bis 40 Jahren.
Flachkollektoren können im Winter weniger effizient sein, da sie anfälliger für Wärmeverluste bei niedrigen Temperaturen und schwacher Sonneneinstrahlung sind. Dennoch können sie einen Teil des Warmwasserbedarfs decken und die Heizungsanlage unterstützen, besonders an sonnigen Wintertagen.
Mit einem Flachkollektor kann das Brauchwasser auf Temperaturen von 40 bis 80 Grad erhitzt werden. Diese Temperatur reicht aus, um den täglichen Bedarf an Warmwasser in einem Haushalt zu decken.
