Grundlagen/Solarkollektoren: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 28. September 2026, 06:03 Uhr

Solarkollektoren wandeln Sonneneinstrahlung unmittelbar in Wärme um und übertragen sie an ein Wärmeträgermedium. Sie decken vor allem die Trinkwarmwasserbereitung und unterstützen bei ausreichender Fläche auch die Heizung; anders als Photovoltaik liefern sie keinen Strom, sondern direkt nutzbare Wärme.

Funktionsprinzip

Ein Absorber nimmt die Einstrahlung auf und gibt die Wärme an ein durchströmendes Medium ab; eine transparente Abdeckung und die Dämmung auf der Rückseite begrenzen die Verluste an die Umgebung. Wie viel davon nutzbar bleibt, beschreibt der Kollektorwirkungsgrad nach EN 12975: Er sinkt mit steigender Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Umgebung, bezogen auf die Einstrahlung – ausgedrückt als $(T_{m} - T_{a}) / G$ –, zunächst linear, bei großer Differenz zusätzlich quadratisch, bis er bei geringer Einstrahlung und hoher Übertemperatur auf null fällt.

Kollektorwirkungsgrad über der bezogenen Übertemperatur

Kollektorwirkungsgrad [%]

80 %

0

68 %

0,03

54 %

0,06

36 %

0,09

16 %

0,12

0 %

0,15

(Tm−Ta)/G in m²·K/W

Prinzipbild: Flachkollektor bei 1 000 W/m², Beispielwerte gerundet.

Kennzahlen

Kennzahl	Bedeutung	typischer Bereich
Aperturfläche	wirksame, der Einstrahlung ausgesetzte Kollektorfläche	2–3 m² je Modul
Optischer Wirkungsgrad ( $η_{0}$ )	Anteil der Einstrahlung, der ohne Temperaturverlust nutzbar wäre	0,75–0,85 (Flachkollektor), höher bei Vakuumröhre
Wärmeverlustkoeffizient ( $a_{1}$ )	linearer Wärmeverlust je Kelvin Übertemperatur	3–4 W/(m²·K), niedriger bei Vakuumröhre
Neigung	Winkel der Kollektorebene gegen die Horizontale	30–45° für den Jahresertrag, steiler für Wintergewinn
Azimut	Abweichung der Ausrichtung von Süden	bis ±30° nur wenige Prozent Ertragsverlust
Spezifischer Jahresertrag	nutzbare Wärme je m² Aperturfläche und Jahr	rund 350–500 kWh/(m²·a) bei Warmwasseranwendung

Typische Größen

Einfamilienhaus (Warmwasser): 4–6 m² Kollektorfläche, 300–500 Liter Solarspeicher.
Mehrfamilienhaus (Warmwasser mit Zirkulation): häufig 20–40 m², abhängig von Wohnungszahl und Zirkulationsverlust.
Gewerbe und Hotellerie (Vorwärmung vor einem weiteren Erzeuger): 30 m² und mehr, abgestimmt auf Tagesbedarf und Speichergröße.

Einsatz und Grenzen

Flachkollektoren sind der Standard für Warmwasser und Heizungsunterstützung im Wohnbau: robust, preiswert, mit guter Leistung bei mäßigen Temperaturdifferenzen. Vakuumröhrenkollektoren verlieren weniger Wärme und bleiben deshalb bei hohen Betriebstemperaturen oder niedrigen Außentemperaturen im Vorteil, sind dafür teurer.

Solarthermie liefert nur, wenn die Sonne scheint, und braucht immer einen Abnehmer – einen aktuellen Bedarf oder einen Speicher –, sonst geht der Ertrag ungenutzt verloren. Sie deckt deshalb nie den ganzen Jahresbedarf allein, sondern einen Anteil, der mit Fläche und Speicher wächst und bei zu großer Kollektorfläche in einen wachsenden, nicht mehr nutzbaren Überschuss übergeht. Für Prozesswärme über rund 100 °C braucht es Sonderbauformen, und als alleiniger Wärmeerzeuger im Winter reicht sie nicht; sie ergänzt einen anderen Erzeuger, statt ihn zu ersetzen.

Solarthermie mit Wärmetauscher unten im geschichteten Pufferspeicher, Nachheizung und Entnahme oben. Prinzipbild.

In EPOS-Plan

Der Katalog der Kollektortypen liegt unter Administration → Wärmebedarf & Heizung → Solarkollektoren; im Projekt legt die Kachel Solarthermie der Startseite das Kollektorfeld im Dialog „Eingabe der Solarkollektoren“ an, eingebunden wird es in der Simulationskonfiguration. Wie Kollektorfeld, Speicher und Nachheizung dort zusammenwirken, zeigt Einbindung, ein Beispiel mit realen Größen steht unter Beispiel, das Zusammenspiel mit anderen Erzeugern unter Zusammenspiel und was dabei zu beachten ist unter Fallstricke. Der Rechenweg nach EN 12975 steht unter Berechnung: Solarthermie.

Siehe auch

Programm Dokumentation: Solarthermie – Einbindung, Beispiel, Zusammenspiel und Fallstricke
Berechnung: Solarthermie – der Rechenweg nach EN 12975
Grundlagen: Pufferspeicher – der häufigste Speicher hinter dem Kollektorfeld
Hydraulikschemata – die hydraulische Einbindung als Prinzipschema

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 {{Anker|funktionsprinzip|wirkungsgradmodell}}
-Ein Absorber nimmt die Einstrahlung auf und gibt die Wärme an ein durchströmendes Medium ab; eine transparente Abdeckung und die Dämmung auf der Rückseite begrenzen die Verluste an die Umgebung. Wie viel davon nutzbar bleibt, beschreibt der Kollektorwirkungsgrad nach EN 12975: Er sinkt mit steigender Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Umgebung, bezogen auf die Einstrahlung – ausgedrückt als (T<sub>m</sub>−T<sub>a</sub>)/G –, zunächst linear, bei großer Differenz zusätzlich quadratisch, bis er bei geringer Einstrahlung und hoher Übertemperatur auf null fällt.
+Ein Absorber nimmt die Einstrahlung auf und gibt die Wärme an ein durchströmendes Medium ab; eine transparente Abdeckung und die Dämmung auf der Rückseite begrenzen die Verluste an die Umgebung. Wie viel davon nutzbar bleibt, beschreibt der Kollektorwirkungsgrad nach EN 12975: Er sinkt mit steigender Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Umgebung, bezogen auf die Einstrahlung – ausgedrückt als <math>(T_{\mathrm{m}} - T_{\mathrm{a}}) / G</math> –, zunächst linear, bei großer Differenz zusätzlich quadratisch, bis er bei geringer Einstrahlung und hoher Übertemperatur auf null fällt.
 <!-- Modell: Flachkollektor nach EN 12975, η = η0 − a1·(Tm−Ta)/G − a2·(Tm−Ta)²/G mit η0 = 0,80,
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 | Aperturfläche || wirksame, der Einstrahlung ausgesetzte Kollektorfläche || 2–3 m² je Modul
 |-
-| Optischer Wirkungsgrad (η<sub>0</sub>) || Anteil der Einstrahlung, der ohne Temperaturverlust nutzbar wäre || 0,75–0,85 (Flachkollektor), höher bei Vakuumröhre
+| Optischer Wirkungsgrad (<math>\eta_{0}</math>) || Anteil der Einstrahlung, der ohne Temperaturverlust nutzbar wäre || 0,75–0,85 (Flachkollektor), höher bei Vakuumröhre
 |-
-| Wärmeverlustkoeffizient (a<sub>1</sub>) || linearer Wärmeverlust je Kelvin Übertemperatur || 3–4 W/(m²·K), niedriger bei Vakuumröhre
+| Wärmeverlustkoeffizient (<math>a_{1}</math>) || linearer Wärmeverlust je Kelvin Übertemperatur || 3–4 W/(m²·K), niedriger bei Vakuumröhre
 |-
 | Neigung || Winkel der Kollektorebene gegen die Horizontale || 30–45° für den Jahresertrag, steiler für Wintergewinn