Vakuum-Röhrenkollektoren

Vakuum-Röhrenkollektoren weisen einen besonders hohen Wirkungsgrad auf und ermöglichen hohe Temperaturen. Sie werden sowohl für Solarheizungen auf Privathäusern als auch zur Erzeugung von Prozesswärme in der Industrie eingesetzt.

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.