Was ist das / Wie funktioniert es
Ein Vakuumröhrenkollektor nutzt das Prinzip einer Isolierkanne (Thermoskanne): Er besteht aus mehreren parallelen Glasröhren aus robustem Borosilikatglas, in deren Innerem ein dauerhaftes Feinvakuum herrscht.
Im Zentrum jeder Röhre befindet sich ein hochselektiv beschichteter Absorberstreifen. Trifft Sonnenlicht auf den Absorber, wandelt er die Strahlung in Hitze um. Da das umgebende Vakuum keine Luftmoleküle enthält, kann die Wärme nicht durch Konvektion oder Wärmeleitung an die kalte Außenluft entweichen.
Besonders verbreitet ist das sogenannte Heatpipe-Prinzip (Wärmerohr):
- In einem geschlossenen Kupferrohr befindet sich eine leicht siedende Trägerflüssigkeit unter Unterdruck.
- Bereits bei geringer Sonneneinstrahlung verdampft die Flüssigkeit und steigt als Dampf zum Kopf des Rohrs (Kondensator).
- Dort gibt sie die Wärme an das im Sammelkasten vorbeiströmende Solarfluid ab, kondensiert und fließt als Flüssigkeit zurück zum Rohrboden.
Viele Heatpipe-Kollektoren nutzen eine „trockene Anbindung“: Die Röhrenköpfe stecken in metallischen Tauchhülsen des Sammlers, ohne direkt mit dem Solarfluid in Kontakt zu kommen.
Wann ist es sinnvoll
Vakuumröhrenkollektoren sind die geeignete Lösung für anspruchsvolle Montagebedingungen:
- Abgrenzung zu Flachkollektoren: Flachkollektoren verlieren bei eisigen Außentemperaturen viel Wärme über die Glasscheibe an die Umgebung. Röhrenkollektoren erreichen bei Kälte wesentlich höhere Arbeitstemperaturen und eignen sich daher besonders gut für die solare Heizungsunterstützung im Winter und Vorfrühling.
- Wenig verfügbare Dachfläche: Da Röhrenkollektoren einen höheren Jahresertrag pro Quadratmeter Bruttofläche erzielen, bringen sie auf kleinen Dachflächen maximale Energie.
- Ungünstige Ausrichtung: Die einzelnen runden Röhren können im Rahmen axial um typischerweise bis zu 25 Grad gedreht werden, um auch auf Ost- oder Westdächern gezielt zur Sonne ausgerichtet zu sein.
Worauf achten
Die hohe Leistungsfähigkeit erfordert spezifische Schutzmaßnahmen:
- Hohe Stagnationstemperaturen: Wenn der Speicher voll geladen ist und die Solarpumpe abschaltet, können in Vakuumröhren Temperaturen von typischerweise etwa über 250 °C entstehen. Das Solarausdehnungsgefäß und die Solarflüssigkeit müssen für solche Stagnationsphasen ausgelegt sein; oft wird ein Vorschaltgefäß zum Schutz der Membran verbaut.
- Optische Kontrolle des Vakuums: Jede Röhre besitzt an der Innenseite der Röhrenspitze einen aufgedampften Barium-Getterspiegel. Ist dieser Spiegel glänzend silberfarben, ist das Vakuum intakt; verfärbt er sich milchig weiß, ist Luft eingedrungen und die Röhre muss getauscht werden.
Häufige Fragen
Warum liefern Röhrenkollektoren im Winter mehr Wärme als Flachkollektoren?
Weil das Vakuum in der Röhre Wärmeverluste stark minimiert. Während bei Flachkollektoren Wärme durch das Deckglas an die kalte Umgebungsluft abgegeben wird, bleibt die Wärme im Vakuumröhrenkollektor weitgehend erhalten und wird dem Heizsystem zugeführt.
Können defekte Röhren einzeln ausgetauscht werden?
Ja, bei Kollektoren mit trockener Heatpipe-Anbindung kann jede Glasröhre im laufenden Betrieb einfach aus dem Sammelkasten herausgezogen und ersetzt werden, ohne dass die Solarflüssigkeit abgelassen oder die Anlage stillgelegt werden muss.
Was passiert mit Röhrenkollektoren im Hochsommer bei voller Sonneneinstrahlung?
Kann der Speicher keine Wärme mehr aufnehmen, schaltet die Solarpumpe ab und die Anlage geht in den sogenannten Stagnationszustand. Das Arbeitsmedium in der Heatpipe verdampft vollständig, wodurch der Wärmetransport selbsttätig stoppt, bis der Speicher wieder abkühlt.
Was bedeutet ein weißer Fleck an der Kollektorröhre?
Am Röhrenende befindet sich der Barium-Getter, der im intakten Vakuum silbrig spiegelt. Wird die Röhre undicht, reagiert das Barium mit Luft zu weißem Bariumoxid. Der weiße Fleck zeigt an, dass das Vakuum verloren ging und die Röhre ausgetauscht werden sollte.