Vakuum-Röhrenkollektoren

• Was sind Vakuum-Röhrenkollektoren eigentlich? Vakuum-Röhrenkollektoren sind hocheffiziente Bauteile der Solarthermie, die durch ein isolierendes Vakuum Wärmeverluste minimieren. Sie bestehen aus doppelwandigen Glasröhren, ähnlich einer Thermoskanne, und wandeln Sonnenlicht selbst bei niedrigen Außentemperaturen oder diffusem Licht extrem wirkungsvoll in nutzbare Wärme für das Haus um.
• Wie funktioniert das Heat-Pipe-Prinzip? Bei Heat-Pipe Vakuum-Röhrenkollektoren zirkuliert die Solarflüssigkeit nicht direkt im Absorberrohr. Stattdessen verdampft ein spezielles Medium bei geringer Hitze, steigt nach oben und gibt die Energie über einen Wärmetauscher an den Heizkreislauf ab. Dieses System bietet hohe Betriebssicherheit und verhindert effektiv das Einfrieren der Kollektoren im Winter.
• Welche Vorteile bietet das Vakuum? Das Vakuum in den Röhren fungiert als perfekte thermische Isolierung gegen die Umgebungsluft. Dadurch erzielen Vakuum-Röhrenkollektoren besonders im Winter und in der Übergangszeit deutlich höhere Erträge als Flachkollektoren. Die gewonnene Solarthermie bleibt im System konzentriert, was die Effizienz der Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung massiv steigert.
• Wann lohnt sich die Anschaffung? Die Investition in Vakuum-Röhrenkollektoren ist ideal, wenn nur begrenzte Dachflächen zur Verfügung stehen oder eine maximale Heizungsunterstützung angestrebt wird. Dank ihrer hohen Leistungsdichte benötigen sie weniger Platz für den gleichen Energieertrag. Zudem ermöglichen sie die Erzeugung von Prozesswärme für industrielle Anwendungen auf ökologische Weise.
• Wie hoch ist der Wirkungsgrad? Der Wirkungsgrad von Vakuum-Röhrenkollektoren liegt unter extremen Bedingungen bis zu 30 Prozent über dem von herkömmlichen Flachkollektoren. Da sie diffuses Licht besser einfangen, liefern sie auch an bewölkten Tagen zuverlässig Energie. Dies optimiert die Ausbeute der Solarthermie-Anlage und verkürzt die energetische Amortisationszeit für moderne Haushalte spürbar.

Wesentliches Merkmal der Röhrenkollektoren ist, dass der Absorber unmittelbar an den einzelnen Röhren angebracht ist. Darin unterscheiden sie sich von Flachkollektoren, in denen die von der Solarflüssigkeit durchströmten Rohre zwischen flachen Absorbern verlegt werden. In einem Vakuum-Röhrenkollektor wird die Umgebung der Rohre darüber hinaus evakuiert. Auf diese Weise werden die Wärmeverluste deutlich reduziert. Der Aufbau ähnelt dem einer Thermoskanne. Ein inneres Glasrohr ist von einem zweiten Rohr umschlossen, der Zwischenraum zwischen beiden wird evakuiert. Der Absorber ist entweder direkt an der Oberfläche des inneren Rohres platziert oder in Form von Metallstreifen in dem evakuierten Zwischenraum.

Vakuum-Röhrenkollektoren bieten hier mehr Optionen als herkömmliche Flachkollektoren. Möglich ist zunächst, auf genau dieselbe Weise zu verfahren wie bei Flachkollektoren. Der prinzipielle Aufbau der Solarthermieanlage ist dann derselbe, es werden lediglich höhere Temperaturen erzeugt. Einige Anbieter nutzen die bessere thermische Isolierung durch das Vakuum auch, um auf eine mit Frostschutzmitteln versetzte Solarflüssigkeit zu verzichten und das Heizungswasser direkt durch die Kollektoren zu leiten. Wenn die Temperatur dennoch zu niedrig ist, wird kurzerhand die Logik der Solarthermieanlage umgekehrt: Die Heizung wird genutzt, um die Kollektoren so weit zu erwärmen, dass sie nicht einfrieren. Auf einem gänzlich anderem Prinzip basieren Heat-Pipe Vakuum-Röhrenkollektoren. In diesen Kollektoren durchströmt die Solarflüssigkeit die Absorberrohre nicht. Stattdessen bilden diese selbst einen geschlossenen Kreislauf, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft. Der Dampf steigt in den Röhren nach oben, wo er seine Wärme über Wärmetauscher an den Heizkreislauf abgibt. Dabei kondensiert der Dampf wieder, das Wasser strömt nach unten. Wegen dieses Funktionsprinzips muss bei der Montage der Kollektoren ein vom Modell abhängiger minimaler Neigungswinkel unbedingt eingehalten werden.

Das die Röhren umschließende Vakuum verhindert Wärmeverluste durch die Luft, die ansonsten mit der Temperaturdifferenz zwischen dem Kollektor und Umgebung zunähmen. Aus diesem Grund sind Vakuum-Röhrenkollektoren bei sehr hohen Kollektortemperaturen im Hochsommer besonders effektiv. Aber auch an sonnigen Wintertagen wirkt sich dieser Vorteil deutlich aus, wenn die Kollektortemperatur recht hoch ist, aber die Außentemperatur sehr niedrig. Unter solchen Bedingungen ist der Wirkungsgrad um etwa 30 Prozent höher als der von Flachkollektoren.

Ein weiterer Vorteil der Röhrenkollektoren besteht darin, dass sie Licht von allen Seiten absorbieren können und damit diffuses Streulicht besser nutzen.