Für Anwendungen der solar betriebenen Heizung sind Vakuumröhrenkollektoren mit Wärmerohr eine Technologie, die zugleich einfach, zuverlässig und von bemerkenswerter Effizienz ist. Das sind bereits drei sehr gute Gründe, sich damit ganz genau zu beschäftigen. In diesem technischen Leitfaden findest du deshalb praktische Ratschläge für die Installation sowie eine Reihe sehr nützlicher Kniffe.

Aber Achtung! Es geht nicht darum, kopflos loszustürmen, um solche Solarkollektoren zu kaufen. Zu dieser Technik kursieren nämlich viele miese Tipps, die von gewissen Clickbait-Seiten stammen. Dort werden völlig abwegige Leistungen versprochen und das System wird als Wunderlösung verkauft. In Wirklichkeit sind diese Kollektoren nicht für alle Konfigurationen geeignet. Genau deshalb erschien es uns so interessant, diesen Leitfaden zu erstellen, um Wahres von Unwahrem zu trennen und dir dabei zu helfen, die richtige Entscheidung zu treffen.

Wärmerohre für Einsteiger

Zum Einstieg erkläre ich dir ganz klar, wie ein Wärmerohr funktioniert. Der erste Schritt besteht darin zu verstehen, dass das Hauptziel eines Wärmerohrs der Transport von Wärme ist. In unserem Fall wollen wir also möglichst viel Sonnenenergie in Form von Wärme einfangen und sie an dein Heizsystem weitergeben.

Jetzt, wo die Grundlagen geklärt sind, so läuft der Prozess ab: Das Wärmerohr ist ein Metallrohr, das eine kleine Menge wasserbasierte Glykolflüssigkeit enthält. Wichtig ist: Das Glykol dient ausschließlich dem Frostschutz, falls die Temperaturen ins Negative fallen. Wenn durch die Sonneneinstrahlung die Temperatur im Rohr ansteigt, verdampft die Flüssigkeit und wird zu Gas. Dieses heiße Gas steigt dann durch den Druck bis an die Oberseite des Rohres auf, um seine Wärme an den Wärmetauscher zu übertragen. Ist dieser Schritt abgeschlossen, kühlt das Gas ab, kondensiert und fließt wieder als Flüssigkeit zum unteren Ende des Rohres zurück. Dieser Kreislauf wiederholt sich immer und immer wieder. Solange das Rohr dicht bleibt und der Sonne ausgesetzt ist, läuft der Vorgang weiter.

Das Wesentliche in 4 einfachen Schritten:

• Die Flüssigkeit wird beim Erhitzen zu Dampf.
• Der Dampf steigt unter Druck nach oben und überträgt seine Wärme an den Sammler.
• Beim Wärmeabgeben kondensiert der Dampf.
• Nach der Kondensation fließt er als Flüssigkeit wieder zum unteren Teil des Rohres zurück.

Unterm Strich kann man ein Wärmerohr also als ein Mittel betrachten, Wärme einzufangen und sie genau dort zu bündeln, wo sie benötigt wird, nämlich am Übergabepunkt. Nebenbei bemerkt sind Wärmerohre nicht auf Solarsysteme beschränkt. Sie sind den Computerfans gut bekannt, die ihre Prozessoren per Overclocking bis ans Limit treiben. In diesem Fall besteht die Aufgabe des Wärmerohrs darin, möglichst viel Wärme vom Prozessor wegzuführen, damit er nicht durchbrennt. Das ist somit der gegenteilige Effekt zu dem, was uns hier interessiert.

Wie Vakuumröhren-Wärmerohr-Solarsysteme funktionieren

Jetzt, da du weißt, wie ein Wärmerohr arbeitet, schauen wir uns im Detail an, wie das Gesamtsystem aufgebaut ist.

Erster Punkt: Jedes Wärmerohr ist mit einem Absorber für Sonnenstrahlung ausgerüstet. Treffen die Sonnenstrahlen auf diesen Absorber, entsteht Wärme, die vollständig im evakuierten Rohr eingeschlossen bleibt. Die Temperatur steigt im Rohrinneren sehr schnell an und die Flüssigkeit verdampft, um ihre Kalorien an eine Art kleinen Kupferzapfen zu übertragen, der sich an der Oberseite des Rohres befindet.

Um perfekte Dichtheit sicherzustellen, ist jedes Rohr über ein Sackloch mit einem thermischen Sammelrohr verbunden. Diese Anordnung ermöglicht es den Röhren, die Wärmeträgerflüssigkeit im Sammler unabhängig voneinander zu erwärmen. Die erwärmte Flüssigkeit wird anschließend zu einem Wärmetauscher geleitet, der sich im Inneren eines Speichers befindet. Dieser Speicher bewahrt die Wärme, damit sie später für verschiedene Anwendungen genutzt werden kann, zum Beispiel um dein Haus zu beheizen oder Warmwasser zu erzeugen.

Diesen Speicher kann man daher als thermische Batterie betrachten. Da die Sonnenenergie über das Jahr gesehen nicht immer hundert Prozent des Heizbedarfs abdeckt, besitzen fast alle Speicher einen zweiten Wärmetauscher, der mit einer Zusatzenergiequelle deiner Wahl verbunden ist. Es gibt sogar Speicher mit drei Tauscherkreisen. Anstatt vieler Worte sieh dir diese anschauliche Grafik an, damit alles sofort einleuchtet:

Befinden sich deine Kollektoren tiefer als der Speicher, musst du eine Umwälzpumpe vorsehen, die mit Temperatursensoren verbunden ist. Beruhigend ist, dass der Stromverbrauch dieser Einheit sehr gering bleibt. Neben dieser weit verbreiteten Lösung ist ein Thermosiphon-System ideal, denn dafür braucht es weder Pumpe noch Sensoren. Voraussetzung ist jedoch, dass der Speicher höher liegt als die Solarkollektoren, was leider bei weitem nicht immer machbar ist.

Unbedingt lesen, bevor du in eine Solarheizung investierst

Bevor wir über Solarheizung sprechen, müssen ein paar Grundlagen festgehalten werden. Bevor du auch nur einen Euro in eine solarthermische Heizungsanlage investierst, stelle zuerst sicher, dass dein Zuhause korrekt gedämmt ist. Falls das nicht der Fall ist, solltest du lieber in die Verringerung der Wärmeverluste investieren, statt Geld zu verschwenden, indem du gleichzeitig den Innenraum und die Außenluft erwärmst. Unterm Strich brauchst du bei schlechter Dämmung zum Beispiel 10 Kollektoren. Ist die Dämmung ordentlich, kannst du für das gleiche Ergebnis beispielsweise auf 5 Kollektoren heruntergehen und dank der Dämmung zusätzlich an Komfort gewinnen.

Zweitens funktioniert Solarheizung mit Vakuumröhren besonders gut mit wasserbasierten Niedertemperatursystemen. Ideal ist eine Flächenheizung im Boden, die lauwarmes Wasser durch den Boden deines Hauses zirkulieren lässt. Das ist extrem komfortabel, weil die Wärme sanft und gleichmäßig ist. Du kannst das ganze Jahr barfuß laufen. Das ist wirklich sehr angenehm. Dieses Szenario ist allerdings vor allem für Gebäude gedacht, die bereits über eine wassergeführte Fußbodenheizung verfügen. Andernfalls sind die Arbeiten für eine Nachrüstung wirklich sehr umfangreich. Wenn du renovierst, kannst du auch auf wassergeführte Niedertemperatur-Sockelleistenheizungen setzen. Sie sind nicht ganz so leistungsfähig, bleiben aber sehr effektiv.

Räumen wir jetzt einige Marketingmythen aus dem Weg. Nein, deine Solarkollektoren heizen dein Haus mitten im Winter nicht auf 25 °C. Nein, deine Heizkosten werden sich nicht wie durch Zauberei verzehnfachen und dann durch zehn teilen. Die Realität bleibt dennoch sehr positiv. In gemäßigten Klimazonen kannst du im Frühling und im Herbst spürbar sparen, indem du, wenn es das Wetter zulässt, ausschließlich die kostenlose Energie der Sonne nutzt. Und genau dasselbe gilt für die Warmwasserbereitung. Du solltest im Winter keine Wunder erwarten, aber als Ergänzung kann das System durchaus dienen.

Kommen wir jetzt zu einem Profi-Tipp, der dir beim Kauf einer solar gespeisten Warmwasserbereitung viel Geld sparen kann:

Wichtige Hinweise für eine erfolgreiche Solarthermie-Installation

Viele Heizungsbauer empfehlen Solarheizsysteme nicht. Nicht, weil sie nicht funktionieren, sondern weil sie im Sommer zu viel Wärme erzeugen können. Und es ist offensichtlich, dass man keine Heizung braucht, wenn es draußen warm ist. Außerdem kann das die Röhren beschädigen.

Die Lösung? Die Kollektoren im Sommer außer Betrieb nehmen. Dazu genügt es, sie mit einer Schutzplane abzudecken, oder, wenn die Kollektoren schwer zugänglich sind, einen elektrischen Rollladen zu installieren. In solchen Setups kann es sinnvoll sein, ein oder zwei Kollektoren aktiv zu lassen, um weiterhin Warmwasser zu erzeugen. Das lässt sich recht einfach managen, bedeutet aber entweder einen kleinen Zusatzaufwand oder ein wenig manuelle Pflege. Keine Panik, denn es gibt einen gut durchdachten Trick, um das Problem zu umgehen:

Lebensdauer, Sicherheit und Wartung

Die Lebensdauer dieser Solarmodule hängt vor allem von der Fertigungsqualität ab. Mit einer guten Glas-Metall-Verschweißung können sie theoretisch problemlos bis zu 30 Jahre halten. Ab diesem Punkt fällt eine Röhre aus, wenn sie ihre Dichtheit verliert. Um dieses Problem einfach zu erkennen, befindet sich am Boden jeder Röhre eine dünne Schicht Barium. Barium verfärbt sich bei Luftkontakt. Tritt dies ein, genügt es, die Röhre auszutauschen. Das ist so einfach wie ein Lampenwechsel: Du klippst die defekte Röhre aus, klippst die neue an ihre Stelle, und alles läuft weiter, ohne dass das Heizungssystem unterbrochen werden muss. Du musst kein Handwerksprofi sein, und du musst das System vor allem nicht entleeren.

Einer der größten Vorteile von Wärmerohr-Systemen ist, dass die übrigen Röhren weiterhin Wärme liefern, selbst wenn eine oder mehrere Röhren ausfallen. Beim Handling sind die Röhren zwar etwas empfindlich, doch einmal installiert, verleiht ihnen ihre runde Form eine ausgezeichnete Schlagfestigkeit. Im Vergleich zu Flachkollektoren halten sie Hagel oder andere Stöße deutlich besser aus. Und bei der Pflege genügt ab und zu ein kurzer Wisch, falls sich zu viel Staub ansammelt, und das war’s. Noch ein letzter Rat: Lass dein System nicht trocken laufen, das heißt ohne Flüssigkeit, die die Wärme aufnimmt. Übermäßige Temperaturen können die Lebensdauer der Röhren verringern oder sie sogar vollständig zerstören.

Spezifische Anwendungsfälle für Wärmerohr-Solarkollektoren

Dieser Leitfaden konzentriert sich bewusst auf das häufigste Szenario: gemäßigte Zonen wie den größten Teil Nordamerikas und Europas. In bestimmten besonderen Fällen kann die Lage jedoch ganz anders aussehen. Wenn du zum Beispiel in einer Region mit mehr als 200 Sonnentagen pro Jahr lebst, verschieben sich die Rahmenbedingungen deutlich.

Als ich noch mein Ingenieurbüro leitete, bin ich auf die unterschiedlichsten speziellen Herausforderungen gestoßen, weil Kundinnen und Kunden ihre Tätigkeit ökologischer gestalten wollten und dabei zugleich große Energieeinsparungen anstrebten. Ich erinnere mich an einen Auftrag, der mehrere Lebensmittelbetriebe in Nordafrika betraf, die jeden Tag große Mengen sehr heißen Wassers benötigten. Solche Prozesse führen natürlich zu enormen Energierechnungen. In diesem konkreten Fall habe ich hochwertige Vakuumröhrenkollektoren mit Wärmerohr empfohlen, die in Verbindung mit einer zusätzlichen erneuerbaren Energiequelle praktisch täglich kochend heißes Wasser liefern konnten. Mit diesem Konzept konnten sich meine ehemaligen Kundinnen und Kunden von den Energiekosten für die Wassererwärmung befreien und gleichzeitig eine Umweltzertifizierung erhalten.

Ein weiterer spezieller Fall betraf ein Hotel in einer Region mit ganzjähriger Sonneneinstrahlung, das seine Investition sehr schnell amortisieren konnte, indem es die Warmwasserbereitung mit Vakuumröhren-Wärmerohr-Kollektoren umsetzte. Als Bonus hat diese Maßnahme auch dabei geholfen, ein Umweltlabel zu erlangen.

Noch eine Anekdote: Einmal wurde ich vom Eigentümer eines riesigen Hammams in Marokko kontaktiert. Er gab jeden Monat ein Vermögen aus, um heißes Wasser und Dampf zu erzeugen. Durch den Umstieg auf Solarthermie mit Vakuumröhren konnte er seine monatliche Energierechnung um 70 % senken. Nicht schlecht!

Ich erinnere mich nicht mehr an alle Fälle, aber es waren beeindruckend viele, in denen Solarthermie Holz, Gas, Kohle oder Elektrizität beim Erhitzen von Wasser oder bei der Dampferzeugung ersetzt hat. Wenn es also um Solarthermie mit hohen Temperaturen geht, sind Vakuumröhrenkollektoren mit Wärmerohr in der großen Mehrheit der Fälle eindeutig die beste Option.

Montagehinweise und Kaufberatung

Was den Standort der Kollektoren betrifft, hast du die Qual der Wahl: auf einem Schrägdach, auf einem Flachdach, an einer Wand, am Boden mit einer Trägerstruktur oder sogar als Pergola. Die einzige Regel, die immer gilt, lautet: Die Kollektoren sollten konsequent nach Süden ausgerichtet sein, um den ganzen Tag über möglichst viel Sonne einzufangen. Übrigens gibt es noch einen Punkt, den wir noch nicht erwähnt haben und der einen enormen Vorteil darstellt. Vakuumröhrenkollektoren sind bei Morgen- und Abendlicht deutlich leistungsfähiger als Flachkollektoren, weil ihre runde Form es ermöglicht, die Sonnenstrahlung von allen Seiten sehr effizient aufzunehmen. Das ist ein zusätzlicher Pluspunkt, der ihren Ertrag und ihre Gleichmäßigkeit praktisch unschlagbar macht.

Was die Dimensionierung eines Systems betrifft, kannst du mit verschiedenen Reihen- oder Parallelschaltungen arbeiten. Das ist ein bisschen wie in der Elektrotechnik: In Reihe erhöhst du die Intensität der Wärme, parallel erhöhst du das zu behandelnde Volumen.

Aber Vorsicht, denn eine solche Auslegung ist nichts zum Improvisieren. Zuvor müssen unbedingt Berechnungen durchgeführt werden, um die optimale Dimensionierung zu finden. Wenn du dich in diesem Bereich nicht auskennst, wende dich lieber an eine Fachkraft, statt dich auf zweifelhafte Tutorials auf YouTube zu verlassen. Bei großen Projekten verwenden spezialisierte Ingenieurbüros spezielle Software, um diese Berechnungen mit sehr hoher Genauigkeit durchzuführen. In jedem Fall hilft dir die folgende Grafik dabei, zu verstehen, wie Reihen- und Parallelschaltungen funktionieren:

Kommen wir nun noch zum Ursprung: Vakuumröhren-Solarkollektoren wurden in den 1980er Jahren von Ingenieurinnen und Ingenieuren in China entwickelt. Seither sind die Patente gemeinfrei. Deshalb sitzen heute die meisten Hersteller in China. Chinesische Herkunft bedeutet jedoch keineswegs automatisch minderwertige Qualität. Wie bei jeder anderen Ausrüstung hängt alles von Marke und Fertigungsqualität ab. Es gibt sehr gute Produkte, und es gibt auch echte Krücken. Informiere dich also gründlich, bevor du kaufst.

Kleiner nützlicher Hinweis: Wenn du die Kollektoren selbst bestellst, vergiss nicht, gleich ein paar Ersatzröhren zusätzlich zu ordern. Falls eine oder zwei früher als erwartet brechen, musst du nicht mühsam nach einem kompatiblen Modell suchen. Wenn du über eine Installationsfirma gehst, bitte sie darum, dir ebenfalls ein paar Ersatzröhren mitzugeben. Lagere sie anschließend an einem sicheren Ort, und du bist im Problemfall entspannt abgesichert.

Aber lassen wir keine Missverständnisse aufkommen: Eine Solarthermieanlage zu installieren, ist kein Hobbybastelprojekt. Dafür braucht es echte technische Kompetenzen und Erfahrung. Wenn das nicht dein Fachgebiet ist, vergiss YouTube-Tutorials und wende dich an Profis. Man darf sich allerdings nichts vormachen, denn auch im Bereich der erneuerbaren Energien gibt es Leute, die alles andere als seriös arbeiten. Um eine gute Fachfirma zu finden, verlasse dich weder auf hübsche Webseiten noch auf Hochglanzbroschüren oder auf Google-Bewertungen, die durchaus gefälscht sein können. Die richtige Vorgehensweise, bevor du einen Auftrag vergibst, ist, dir mit eigenen Augen mindestens eine oder zwei Anlagen zeigen zu lassen, die der Betrieb bereits realisiert hat. Das ist völlig normal und eine seriöse Firma wird das niemals ablehnen. So vermeidest du eine Menge Probleme und kannst dein Projekt beruhigt voranbringen.

Fazit

Vakuumröhrenkollektoren mit Wärmerohr sind eine echte ökologische Alternative, die dazu beiträgt, CO₂ und andere für das Klima schädliche Gase zu reduzieren. Außerdem bestehen sie aus recycelbaren Materialien. Wenn du der Meinung bist, dass diese Technologie zu deinen Anforderungen passt, können wir dich nur beglückwünschen, wenn du dein Projekt bis ins Ziel bringst. Bis dahin gilt: Wenn du Fragen hast oder Erfahrungen teilen möchtest, nutze gerne den Kommentarbereich unten.

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