Flachkollektor für Solarthermie – Funktion, Kosten, Vorteile

Was sind Flachkollektoren?

Flachkollektoren sind eine Art von Solarkollektoren, die zur Gewinnung vonWärmeenergie 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

Flachkollektoren werden häufig zur Warmwasserbereitung genutzt.

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

Flachkollektoren erzeugen Wärme für die Wasserversorgung und zur Heizungsunterstützung.

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

_{* Kosten sind Richtwerte zur Orientierung.}

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.

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