Großes Potenzial vorhanden

Die Flachkollektoren-Baureihe „WTS-F1“ wird bevorzugt bei kleineren Kollektoranlagen eingesetzt und ist auch zur Indachmontage geeignet. Weishaupt setzt „besonders lichtdurchlässiges Solarglas“ ein. Foto: Max Weishaupt GmbH

Durch die hohen Preise für fossile Energien wird es für Haushalte und Firmen immer interessanter, Solarwärme zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung einzusetzen. Zwei Drittel aller deutschen SHK-Fachbetriebe haben Solarthermie inzwischen standardmäßig in ihr Angebot aufgenommen. Mehr denn je sind Fachhandwerker gefordert, für ganz unterschiedliche Bedürfnisse das passende Anlagenkonzept zu wählen. Auf dem Markt findet sich eine breite Palette an Solarkollektoren und -systemen für nahezu jede Einbausituation.

erschienen in IKZ Haustechnik

Im vergangenen Jahr hat sich die Zahl der in Deutschland installierten Solarwärmeanlagen um 145000 auf 1,8 Mio. Anlagen erhöht. Wie in den Jahren zuvor kamen bei 90% aller Installationen Flachkollektoren zum Einsatz. Gründe dafür sind das gute Preis-Leistungsverhältnis von Flachkollektoren, die einfache Verschaltung zu Kollektorfeldern und die leichte Integration in Gebäudedächer. Neben Aufdach- und Indachinstallationen ist auch eine Aufständerung oder Fassadenintegration möglich. Eine dementsprechend große Zahl von Flachkollektormodellen mit unterschiedlichen Größen, Formen und Gewicht ist auf dem Markt erhältlich.

 Trend zu Aluminium-Absorbern

Typische Gehäusematerialien bei Flachkollektoren sind Aluminium, Stahlblech, Kunststoff und selten auch Holz. Große Anbieter wie Buderus und Junkers (Marken von Bosch Thermotechnik), Viessmann, Vaillant sowie Rotex und Roth fertigen ihre Kollektoren selbst. Andere Firmen wie etwa Weishaupt, Oventrop oder Brötje kaufen die Produkte zu und vertreiben sie unter ihrem Namen. Die Kollektoren werden meist als Rahmenkonstruktion angeboten. Buderus setzt beim Flachkollektor „Logasol SKT 1.0″ dagegen auf ein Gehäuse aus fiberglasverstärktem Kunststoff, das 30% weniger wiegt als Aluminium und Handwerkern damit die Montage erleichtern soll.

Die Roth Werke haben sich beim „Heliostar 252 S4″ für eine Polycarbonat-Wannenkonstruktion entschieden. Die abgerundeten Ecken verringern zudem das Verletzungsrisiko beim Einbau. Das Herzstück eines Flachkollektors, der Absorber, besteht aus hochselektiv beschichtetem Kupfer- oder Aluminiumblech. Aufgrund der stark schwankenden Kupferpreise werden fast nur noch kostengünstige Vollflächenabsorber aus Aluminium angeboten. Die Rohrregister bestehen aber meist weiterhin aus Kupfer. Bei Mäanderabsorbern sind die Röhren mit Solarflüssigkeit serpentinenartig verlegt, bei Harfenabsorbern verlaufen sie in Parallelen.

Hersteller wie beispielsweise Buderus, Solarfocus, Siko Solar und Wagner & Co. bieten auch Doppelharfen- und Doppelmäanderabsorber an und werben dafür mit geringeren Druckverlusten. Beim Flachkollektor „Logasol SKS 4.0″ von Buderus sorgt eine Edelgasfüllung zwischen Glasabdeckung und Absorberschicht für eine verbesserte Effizienz. Sun Master bietet mit dem „Bionic“-Absorber einen Kollektor, bei dem der Wärmeträger statt in Harfen oder Mäandern direkt am Absorberblech durch verästelte Kanäle strömt, was den Ertrag deutlich erhöhen soll.

Mehr Leistung durch isolierendes Vakuum

Vakuumröhrenkollektoren können durch die isolierende Bauweise bis zu 30% mehr Leistung als Flachkollektoren bringen. Mehrere evakuierte Glasröhren sind bei dieser Kollektorart über einen Sammler mit dem Kollektorkreislauf verbunden. Eine Indachmontage ist nicht möglich. Anbieter mit großem Absatzanteil sind unter anderem Ritter, Viessmann, Vaillant, Akotec und Kingspan.

Trotz der höheren Effizienz liegt der Marktanteil von Röhrenkollektoren in Deutschland wegen der höheren Investitionskosten bei lediglich knapp 10%. Direkt durchströmte Vakuumröhrenkollektoren wie sie etwa Elco, Sunex oder Wolf vertreiben, bestehen aus einer Glasröhre mit innen liegender Absorberfläche aus Aluminium, die hoch selektiv beschichtet und mit einem koaxialen Kupferrohrsystem leitend verbunden ist, das den Wärmeträger befördert. Durch Drehung der Röhren lässt sich für die Absorberflächen ein optimaler Einstrahlwinkel einstellen. Sydney-Vakuumröhrenkollektoren besitzen dagegen eine doppelwandige Glasröhre mit innen verlaufendem Rohrregister und funktionieren nach dem Thermoskannen-Prinzip. Hersteller sind unter anderem Consolar, Ritter und Solvis.

Eine weitere Bauvariante sind Vakuumröhrenkollektoren mit Heat-Pipe. Hier befindet sich in der Glasröhre ein abgeschlossenes Wärmerohr, das mit einer schon bei geringen Temperaturen verdampfenden Flüssigkeit gefüllt ist. Wirkt Sonnenwärme ein, wandert der entstandene Dampf zum kühleren oberen Ende des Rohrs. Er kondensiert dort und gibt seine Wärme in sogenannter trockener Anbindung an das Sammlerrohr ab. Nach diesem Prinzip arbeiten beispielsweise die Kollektoren „Vitosol 200-T“ und „300-T“ von Viessmann. Um die Effizienz von Vakuumröhrenkollektoren zu verbessern, wird bei Compound Parabolic Concentrator-Kollektoren (CPC) hinter den Röhren ein hochreflektierender Spiegel eingebaut, der die Sonnenstrahlung auf die Rückseite der Röhren spiegelt.

Low-Flow-Anlagen immer beliebter

Damit Solaranlagen effizient arbeiten, müssen Kollektoren und Speicher über den Solarkreislauf aufeinander abgestimmt werden. High-Flow-Solarthermieanlagen arbeiten mit einem hohen Volumenstrom von 30 bis 50 l/(m² h). Durch die rasche Umwälzung der Solarflüssigkeit und schnellen Abtransport der Solarwärme lassen sich beim Kollektor Temperaturspitzen und damit Wärmeverluste vermeiden. Sein Wirkungsgrad ist damit höher, gleichzeitig steigt jedoch der Stromverbrauch der Solarpumpe. Auch das Wasser im Speicher erwärmt sich im High-Flow-Betrieb langsamer. Low-Flow-Anlagen vermeiden diesen Nachteil. Die geringere Durchflussmenge von 10 bis 25 l/(m² h) führt dazu, dass im Kollektorvorlauf höhere Temperaturen herrschen. In Kombination mit einem Schichtenspeicher steht rasch warmes Wasser zur Verfügung und die Stillstandszeiten aufgrund drohender Überhitzung im Sommer verringern sich.

Zwar liegen die Kosten für einen Schichtenspeicher höher als für einen einfachen Solarspeicher, zugleich werden bei Low-Flow-Systemen jedoch kleinere Rohrquerschnitte und geringere Pumpenleistungen benötigt. Während Solarwärme-Großanlagen meist als Low-Flow-Systeme konzipiert sind, werden kleinere Solaranlagen meist noch im High-Flow-Betrieb gefahren. Auch hier geht der Trend zu Low-Flow-Konzepten. Eine Kombination aus High- und Low-Flow-Anlagen sind Matched-Flow-Anlagen. Dabei sorgt eine drehzahlgesteuerte Kollektorkreispumpe für eine an die jeweilige Kollektortemperatur angepasste Betriebsweise. Um den Speicher rasch aufzuheizen, wird die Anlage zunächst mit einem geringeren Volumenstrom betrieben, der dann gesteigert wird. Der Heizkessel muss weniger takten. Für diese Betriebsweise ist ebenfalls ein Schichtenspeicher nötig. Elco hat seinen Vakuumröhrenkollektor „Auron 15 DF“ beispielsweise für eine Matched-Flow-Betrieb hydraulisch optimiert. Geringe Durchflussraten sind dabei auch bei kleinen Kollektorfeldern möglich.

Leere Kollektoren sorgen für Sicherheit

Wegen der Frostgefahr sind in Deutschland zweikreisige Anlagen üblich, bei denen Kollektorflüssigkeit und Speicherwasser voneinander getrennt sind. Als Frostschutz zirkuliert im Kollektorkreislauf in der Regel ein Wasser-Glykol-Gemisch, das aber gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit der Solarflüssigkeit herabsetzt und bei Überalterung der Anlage schaden kann. Eine Alternative sind Drain-Back-Solaranlagen. Bei diesen Anlagenkonzepten wird die Solarflüssigkeit im Solarkreis bei zu geringen Temperaturen und abgeschalteter Pumpe automatisch in einen Rückflussbehälter entleert. Der Solarkreislauf kann deshalb auch ausschließlich mit Wasser ohne Frostschutz betrieben werden.

Soll die Solaranlage wieder in Betrieb gehen, wird das Wasser aus dem Auffangbehälter wieder in den Kollektorkreis gepumpt. Voraussetzung sind stärkere Pumpen als bei herkömmlichen Solaranlagen sowie ein stetiges Gefälle, damit beim Entleeren kein Wasser zurückbleibt und beim Wiederbefüllen die Luft aus den Kollektoren weicht. Vorteile bieten Drain-Back-Systeme außerdem im Hochsommer bei gefülltem Wärmespeicher und drohender Überhitzung der Kollektoren mit thermischer Stagnation. Auch in diesen Fällen läuft die Anlage ganz einfach leer.

Mit „Solaris-DB“ bietet beispielsweise Rotex ein direktes und druckloses Drain-Back-System. Das Speicherwasser wird dabei direkt und ohne Wärmetauscher in die Kollektoren gefördert und sobald warm, wieder in den Speicher eingeschichtet. Durch das drucklose System können Anlagenteile wie Ausdehnungsgefäß, Überdruckventil, Manometer und Wärmetauscher entfallen. Auch STI, Vaillant und Wagner & Co. bieten Drain-Back-Systeme mit jeweils eigenen Konzepten an.

Ähnlich wie eine Drain-Back-Anlage funktioniert das „Aqua-System“ von Paradigma, das auf einen eigenen Solarkreislauf verzichtet. Es arbeitet mit CPC-Vakuumröhrenkollektoren, durch die das Heizungswasser direkt strömt und die damit quasi die Rolle eines zweiten Heizkessels übernehmen. Für die solare Heizungsunterstützung, insbesondere auch zur Nachrüstung, ist es damit gut geeignet, da bereits vorhandene Warmwasserspeicher weitergenutzt werden können. Um Frostschäden vollständig auszuschließen, führt die Solarpumpe bei Minustemperaturen warmes Wasser aus dem Speicher durch den Solarkreislauf. Diese Funktion mindert den Solarertrag zwar um bis zu 4%, wird laut Hersteller aber durch die Vorteile von Wasser als Solarflüssigkeit mehr als ausgeglichen.

Große Potenziale für Solarthermie

Bereits jedes zehnte Gebäude in Deutschland ist inzwischen mit Solarkollektoren ausgerüstet. Doch damit ist das Potenzial der Sonnenwärme noch lange nicht ausgereizt. Nach einer Studie von Vaillant wollen 55% der Bundesbürger ihren Haushalt künftig gerne mit Solarwärme heizen. Zwar sind die Absatzzahlen für Kollektoren im vergangenen Jahr eingebrochen, denn 2012 wurden 9% weniger Anlagen installiert als noch im Vorjahr. Der Bundesverband Solarwirtschaft geht jedoch davon aus, dass der Anteil der Solarwärme am Wärmebedarf deutscher Haushalte von derzeit rund 1% bis 2030 auf 8% steigen wird.

Einen großen Anteil daran wird neben dem Zukunftsmarkt industrielle Prozesswärme vor allem auch die Auflösung des Modernisierungsstaus in deutschen Heizungskellern und die Erneuerung älterer Solaranlagen auf Ein- und Zweifamilienhäusern haben.

Almut Bruschke-Reimer