Was ist ein Flachkollektor und wie funktioniert er?
Um in der Solarthermie Wärme aus der Sonne zu gewinnen, sind Absorberflächen erforderlich. Flachkollektoren sind ein Bautyp von Absorbern um die Wärme der Sonne einzufangen und gezielt zu nutzen.
Aufbau der Kollektoren
Die Systeme sind recht einfach aufgebaut. In einem Rahmen befindet sich unten eine Isolationsschicht, in der Röhren verlegt sind. In diesen fließt ein Medium, das Wärme vom Kollektor zu einem Wärmetauscher transportiert. Die Röhren sind mit der Absorberschicht abgedeckt. Diese lässt die Wärmestrahlung der Sonne durch und kann außerdem Lichtstrahlung in Wärme umwandeln. Diese Schicht ist mit einer transparenten Platte zum Schutz vor Nässe und Abrieb abgedeckt.
Die verwendeten Komponenten
Die wichtigsten Bestandteile sind die Absorberschicht, die Röhren und die Abdeckung. Das verwendete Dämmmaterial muss hohe Temperaturen verkraften. Daher ist meist Glas- oder Mineralwolle in den Kollektoren.
Die Absorberschicht wurde in den letzten Jahren weiterentwickelt. Die heute üblichen Titanbeschichtungen wandeln sehr Licht in Wärme um. Daher sind moderne Flachkollektoren deutlich effizienter als die ersten Modelle, die auf den Markt kamen.
Die Rohre waren früher häufig aus Aluminium. Da in den Heizungen Kupfer verbaut ist, hat sich dieses Material nicht durchgesetzt. In der Regel ist daher das Rohrsystem aus Kupfer. Zwei Verlegetypen sind üblich. Die Rohre werden mäanderförmig in einer Schleife verlegt oder sie verlaufen parallel zueinander und sind oben und unten miteinander verbunden.
Die Abdeckung besteht aus sogenanntem Solarglas, das zusätzlich behandelt wurde, um Reflexionen zu vermeiden. Kunststoffe haben sich nicht durchgesetzt. Dieses Material vergilbt unter UV-Strahlung und leider bei extremer Hitze und Frost. Es ist heute nur noch bei einfachen Solaranlagen um Schwimmbecken zu beheizen zu finden.
Funktion der Anlagen
Die Funktionsweise ist so einfach wie der Aufbau. In den Röhren befindet sich ein Medium, meist eine Mischung aus Wasser-Propylenglycol. Das Gemisch gefriert erst bei Temperaturen von unter -23 Grad Celsius, nimmt nicht an Volumen zu, wenn es gefriert und siedet bei 150 Grad, sofern es unter leichtem Druck steht.
Das Medium erwärmt sich im Kollektor und wird über eine Pumpe zu einem Wärmetauscher transportiert. Es handelt sich dabei um eine Spirale aus einem gut leitenden Material wie Kupfer, die von einer anderen Spirale umgeben ist, in der sich Wasser befindet. Das Wasser entzieht dem Medium Wärme. Bei manchen Anlagen verläuft die Spirale mit dem Medium direkt durch einen Wassertank, um das Wasser zu erwärmen.
Die Pumpe befördert das abgekühlte Medium wieder zurück zum Kollektor. Dort erwärmt es sich wieder von Neuem.
Vergleich zu Vakuum-Röhrenkollektoren
Flachkollektoren sind billiger, da sie deutlich einfacher aufgebaut sind. Ihr Wirkungsgrad ist geringer und sie arbeiten in einem Temperaturbereich von 80 Grad Celsius. In Deutschland ist diese Bauweise am weitesten verbreitet. Der geringere Wirkungsgrad lässt sich durch größere Kollektorflächen ausgleichen und wirkt sich ohnehin meist nur bei Frost deutlich aus. Aus ökonomischer Sicht sind Flachkollektoren effizienter. Die durch Vakuum-Röhrenkollektoren erreichbaren höheren Temperaturen sind für private Nutzer unerheblich. Sie bringen sogar eher Nachteile als Vorteile.