Ratgeber Heizungssysteme

Flachkollektoren fangen solare Strahlungsenergie auf und wandeln sie in thermische Energie um. Diese wird zum Beispiel für Heizung oder Warmwasserbereitung verwendet. Die Kollektoren sind als Bestandteile von Solarthermieanlagen vergleichsweise günstig und zuverlässig. Wie Flachkollektoren funktionieren, wie sie auf dem Dach montiert werden können und welche Vor- und Nachteile die Komponenten haben, erklären wir in diesem Beitrag.

Aufbau und Funktion der Flachkollektoren

Flachkollektoren haben die Aufgabe, die kostenfreie Strahlung der Sonne aufzunehmen und in nutzbare Wärme umzuwandeln. Damit das funktioniert, sind an den Aufbau der Kollektoren bestimmte Anforderungen gestellt. So müssen sie Wärme gewinnen und auf das Heizsystem übertragen, ohne nennenswerte Verluste arbeiten und ausreichenden Schutz vor Witterungseinflüssen bieten. Möglich wird das mit folgenden Bestandteilen:

  • einem Absorber
  • einem wärmegedämmten Kasten
  • einer transparenten Abdeckung

Absorber wandelt Strahlung in Wärme

Der Absorber eines Flachkollektors ist eine rechteckige Platte, die heute meist aus Kupfer gefertigt wird. Sie ist dunkel gefärbt und sorgt dafür, dass viel Wärme aufgenommen, aber nur wenig reflektiert wird. Einfach verständlich wird das am Beispiel zweier Autos: Während sich schwarze Autos im Sommer sehr schnell aufheizen – es wird viel Sonnenlicht absorbiert – bleibt es in weißen Autos länger kühl – es wird mehr Licht reflektiert.
Da einfache Lacke zwar wenig Licht reflektieren, dafür aber einen großen Teil der Wärme selbst abstrahlen, werden Absorber moderner Flachkollektoren mit sogenannten selektiven Beschichtungen versehen. Diese haben spezielle Eigenschaften und ermöglichen durch ein besseres Absorptionsvermögen eine höhere Effizienz.
Um die Wärme zur Heizung führen zu können, sind die Absorber an ihren Unterseiten mit Rohrleitungen verbunden. In diesen zirkuliert ein Wärmeträgermedium zwischen Flachkollektoren und Wärmespeicher, das die thermische Energie kontinuierlich abtransportiert.
Sind Kollektoren zu groß ausgelegt, wird die Wärme im Sommer nicht mehr vollständig abtransportiert. Es kommt zur Stagnation und die Temperatur im System steigt. Beginnt das zirkulierende Medium dabei zu sieden, lösen sich Bestandteile heraus, die zu einer Beschädigung von Rohleitungen und Armaturen führen können. Experten sprechen vom Cracken der Solarflüssigkeit.

Wärmedämmung reduziert Wärmeverluste

Die Effizienz der Flachkollektoren steigt, je weniger Wärme verloren geht. Möglich wird das durch einen Blechkasten mit umlaufender Dämmung. Er gibt den Flachkollektoren ihre typische Form und schützt die übrigen Komponenten außerdem vor Witterungseinflüssen wie Wind, Regen oder Schnee.

Abdeckung schützt vor Witterungseinflüssen

Da Flachkollektoren nur dann arbeiten, wenn viel Licht auf die Absorber trifft, werden sie nach oben mit einer transparenten Glasplatte abgedeckt. Diese schützt vor jedem Wetter und sorgt mit speziellen Eigenschaften dafür, dass nur wenig des auftreffenden Sonnenlichts reflektiert wird.

Vakuum-Flachkollektor für mehr Leistung

Vakuumflachkollektoren sind eine besonders effiziente Form der flachen Kollektoren. Durch einen Unterdruck im Innenraum bieten sie besseren Wärmeschutz und erreichen so einen um 15 Prozent höheren Ertrag.
Problematisch dabei ist jedoch die Herstellung. Denn um das Vakuum halten zu können, muss die Konstruktion besonders sorgfältig geplant werden. In der Praxis muss der Druck im Kollektor regelmäßig geprüft und bei Bedarf wieder hergestellt werden. Da das recht teuer ist, verkaufen heute nur wenige Hersteller die Komponenten. Eine Alternative sind Flachkollektoren mit sogenannten Überdruckventilen. Dabei wird die Luft aus dem Innenraum automatisch an die Umgebung abgegeben, wenn der Druck durch die zunehmende Betriebstemperatur ansteigt. Diese selbstständige Evakuierung – also die Herstellung eines Vakuums – kann regelmäßig wiederholt werden, ist kostengünstiger und führt dennoch zu höheren Gewinnen.

Montage: Auf oder in dem Dach?

Flachkollektoren können sowohl auf, als auch in einem Dach installiert werden. Bei der Aufdachmontage werden die Komponenten mithilfe spezieller Trägerschienen über der vorhandenen Dacheindeckung montiert. Sie übernehmen keine Schutzfunktion für das Haus, wodurch Aufwand und Kosten der Arbeiten sinken. Die Aufdachmontage wird meist bei Sanierungen ohne Dacherneuerung oder im Neubau angewandt.
Bei der Indachmontage werden die Flachkollektoren als Ersatz für die herkömmliche Dacheindeckung installiert. Auf diese Weise sinken die Wärmeverluste und die Effizienz steigt. Da diese Art der Montage jedoch aufwendiger ist – die Kollektoren schützen hier das Gebäude vor Wind und Wetter – ist diese Lösung teurer. Die Indachmontage ist optisch besonders ansprechend und lohnt sich zum Beispiel im Neubau oder im Altbau, wenn zeitgleich das Dach saniert wird. 

Vor- und Nachteile von Flachkollektoren

Flachkollektoren sind erprobte Komponenten, die bereits seit vielen Jahren im Einsatz sind. Sie erreichen geringere Wirkungsgrade als Vakuumröhrenkollektoren, sind dafür aber auch günstiger.


Vorteile der Technik sind:

Nachteile der Technik sind:

  • weniger Leistung als Röhrenkollektoren, vor allem bei niedrigen Außentemperaturen
  • Leistung stark abhängig von Ausrichtung und Neigung
  • Wärme muss kontinuierlich abtransportiert werden um Schäden zu vermeiden

 

 

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