Leistungsoptimierung und Montagevereinfachungen im Fokus - Eine kleine Marktübersicht über das Segment der Vakuumröhrenkollektoren

So wurden zur Leistungserhöhung auch die Antireflexgläser, selektiv (Tinox)-Beschichtung bzw. 1-Target- und 3-Target-Beschichtungen optimiert. Neben  Montagevereinfachungen und später einfach durchzuführende Möglichkeiten zur Anlagenerweiterung sind auch etliche unkomplizierte konstruktive Lösungen in Bezug auf die hydraulischen Schaltungen zu verzeichnen.
Neben den doppelwandigen Vakuumröhren, die nach dem Prinzip der Thermoskanne aufgebaut sind, werden auf dem Markt auch Kollektoren mit einwandigen Röhren angeboten, bei denen der gesamte Innenraum evakuiert ist.
Der deutsche Hersteller „Narva“ fertigt seine Vakuumröhren nicht nur mit einer Antireflexbeschichtung, sondern hat auch eine Temperaturbegrenzung in seine Hitpipes integriert. Um ohne eine mechanische Unterbrechung des Wärmetransports auszukommen, hat Narva das Fluid in der Headpipe so ausgewählt, dass der Kreislauf aus Verdampfung und Kondensation ab 160°C automatisch unterbrochen wird. Im Prinzip sind die Heatpipe auch drehbar ausgeführt, können jedoch nicht flach plaziert werden, da für den Wärmetransport ein Mindestwinkel der Röhre im Inneren erforderlich ist. Eine Ausnahme bilden die Heatpipes von Viessmann, deren Konstruktion darauf basiert, dass auch bei einer flachen „Vor-Ort-Montage“ der Wärmetransport beim Zyklus aus Verdampfung und Kondensation gewährleistet bleibt.

Vakuumröhrenkollektoren mit CPC-Technologie
Das Kürzel (CPC) steht für „Compound Parabolic Concentrator“ und beschreibt eine optimierte Spiegelgeometrie, die auf einem besonders effizienten Vakuumröhrenkollektor integriert wird. Jede einzelne Vakuumröhre ist auf der Unterseite von einem CPC-Spiegel umschlossen. Die CPC-Spiegel lenken einfallende Solarenergie auf den vakuumisolierten Absorber des Solarkollektors und ermöglichen selbst die Nutzung äußerst geringer und diffuser Sonnenstrahlung. Gegenüber den Standard-Vakuumröhrenkollektoren liegt der große Vorteil der Vakuumröhrenkollektoren mit CPC-Technologie in der optimalen Ausnutzung der Sonnenstrahlen, die nicht direkt auf den Absorber fallen, sondern in die Zwischenräume der einzelnen Vakuumröhren gelangen. Das Vakuum der Röhren ist hier analog zur Funktionsweise einer Thermoskanne in einem hochwertigen Doppelmantelrohrglas eingebunden.
Eine Solaranlage mit CPC-Technologie spielt gegenüber einfachen Flachkollektoren insbesondere zu Tages- und Jahreszeiten mit geringerer Strahlungsintensität erhebliche Vorteil zugunsten eines höheren solaren Wirkungsgrades aus und erreicht daher auch einen höheren Solarertrag. Durch den CPC-Spiegel erfolgt bei bedecktem Himmel und diffuser Strahlung eine Korrektur des Einfallwinkels, wobei die Strahlungsenergie auf den Brennpunkt im Röhreninneren fokussiert wird.
Im Segment der Vakuumröhrenkollektoren mit CPC-Technologie verzeichnet die Ritter Energie & Umwelttechnik GmbH, Dettenhausen, noch Ertragssteigerungen. Die Vakuumröhren werde auf der Außenseite mithilfe eines Plasmaverfahrens antireflexbeschichtet. Aufgrund der Siliciumdioxid-Gradientenschicht wird die Reflexion der Glasröhre verringert und die Transmission des Glases von ca. 91 auf 94% reduziert. Mit den neuen Vakuumröhrenkollektoren wird bei 50°C eine Ertragssteigerung von 12% und bei 100°C bereits eine Steigerung von 23% erreicht. Die Vakuumröhrenkollektoren können im Bereich der Prozesswärme bis 160°C betrieben werden.
Die Firma Ritter hat auch den CSP-Spiegel mit Siliciumdioxid beschichtet und zudem den hemisphärische Reflexionsgrad (AM 1.5) von 84% auf 90% optimiert.Die Konstrukteure von Ritter haben bei der Entwicklung der neuen Vakuumröhrenkollektoren auch  einen verringerten Materialeinsatz berücksichtigt. Insofern werden gegenüber dem Vorgängermodell 16% weniger Aluminium benötigt. Eine Reduzierung des Materialeinsatzes erfolgte auch bei dem Konzept der Röhrenhalter, die nun in die Fußschiene einschnappen und deutlich höheren Belastungen standhalten. Aufgrund der optimierten Konstruktionslösungen werden nicht nur die Herstellungskosten reduziert, sondern letztlich auch die Ökobilanz verbessert.
Der „Aqua Plasma“-Vakuumröhrenkollektor wird auch von dem Ritter-Tochterunternehmen „Paradigma“ angeboten, das in Deutschland neben der Solar Easy GmbH aus Alzenau als einziges Unternehmen Solaranlagen ohne Frostschutz im Wärmeträger anbietet.
Die Ritter Energie & Umwelttechnik GmbH, Dettenhausen, Consolar Solare Energiesysteme GmbH aus Lörrach, Oventrop GmbH aus Olsberg und die Solvis aus Braunschweig verarbeiten die in der Regel in China produzieren „Sydney-Vakuumröhren“ zu Kollektoren. Bei diesem Kollektorsystem wird die Vakuumröhre, die nach dem Prinzip der Thermoskanne aus zwei im Zwischenraum evakuierten Glasröhren besteht, über das Rohrregister gestülpt. Die Firmen integrieren die Röhren mit den Sammlern, Spiegeln, Rohrregistern und Fußschienen zum kompletten Kollektor.
Bei der Auswahl und beim Preis-Leistungsvergleich mit den konkurrierenden Produkten sind sämtliche Angaben, wie Leistung und Ertrag entspreche der DIN EN 12975-2 zu beurteilen. Die technischen Angaben können von den in der DIN EN 12975-2 angegebenen Werten abweichen, weil sie vom Standort, Kollektorausrichtung bzw. dem –neigungswinkel sowie von der Sonneneinstrahlung abhängig sind.
Alle „Solar Kymark-zertifizierten“ Vakuumröhrenkollektoren können einen Kollektorjahresertrag von mindestens 525 kWh/m2a erwirtschaften.

Auszug der Produkthersteller
Der Vakuumröhrenkollektor mit Narvaröhren „OEM Vario 3000 df“ von der Akotec Produktionsgesellschaft mbH, Angermünde, kann mit einem solaren Deckungsgrad von 100% und einer Nennleistung von 3,3 kW für Sonnenhäuser eingesetzt werden. Besonderheiten: Da der „OEM Vario 3000 df“ mit drehbaren Röhren bestückt ist, lässt er sich auch ohne Leistungsreduzierung für Flachdach-, Fassadenmontage und Freiaufstellung (Energiewand) einsetzen.
Zwischenzeitlich hat Akotec bei seinen direkt durchströmten Vakuumröhrenkollektoren auch Neuerungen in der Montagetechnik einfließen lassen, sodass die Montage jetzt auch oberhalb der Ziegelebene ohne Werkzeug durchgeführt werden kann. Die Vakuumröhren lassen sich ohne zusätzliche Arbeitsschritte einfach in den Sammler einstecken und automatisch arretieren. Die Sammler müssen nicht mehr wie bisher auf dem Dach geöffnet werden, sondern können vor Ort einfach und schnell installiert werden. Mit der gleichen Klick-Steckverbindung lassen sich auf dem Dach mehrere Kollektoren verbinden. Zu-dem hat Akotec die Anschlusssets auf das Stecksystem abgestimmt.
Für die Integration der Vakuumröhrenkollektoren auf Flachdächern von hohen Gebäuden hat sich auch das Akotec-Spoilersystem bewährt, weil hiermit die Windanfälligkeit reduziert wird.
Auf Flachdächern von hohen Gebäuden ist es generell ein Vorteil, wenn die Vakuumröhrenkollektor ohne Spiegel installiert werden, weil sie in der offenen Konstruktion weniger Windanfällig sind.  Der „OEM Vario 3000-30 hp“ kann mit einem solaren Deckungsgrad von 100% und einer Nennleistung von 3,0 kW für Sonnenhäuser eingesetzt werden. Zur Besonderheit zählt die „Ein-Mann-Steckmontage“. Da der „OEM Vario 3000 df“ mit drehbaren Röhren bestückt ist, lässt er sich auch ohne Leistungsreduzierung für Flachdach-, Fassadenmontage und Freiaufstellung (Energiewand) einsetzen. Mit dem Vakuumröhrenkollektor lassen sich auch Solarerträge bei diffusem Licht erzielen. Mit dem in die Röhren integrierten Überhitzungsschutz ist ein Betrieb bis zu 160°C möglich.
Der „Logasol SKR 6 R“ und „SKR 12.1 R“ von Bosch Thermotechnik Buderus GmbH, Wetzlar, werden mit einem in den Sammelkasten integrierten Rücklaufrohr ausgeführt, wodurch sich der Vor- und Rücklauf auf der gleichen Seite befindet und daher eine modulare Erweiterung des Kollektorfeldes ermöglicht wird. Der Anschluss der hydraulischen Leitungen erfolgt mittels Klemmringverschraubung.
Die Consolar Solare Energiesysteme GmbH, Lörrach, vertreibt den „Turbo 12 CI“-Vakuumröhrenkollektor unter seinem eigenen Namen und als OEM-Produkt. Der „Turbo 12 CI“ verfügt über Eigenschaften, die sich von den Mitbewerbern abheben: Der Sammler wird unterhalb der Vakuumröhren angeordnet, wodurch sich im Stillstand die Dampfentwicklung reduziert und verhindert wird, dass sich im unteren Thermoskannenbereich Kondensat ansammelt. Der „Turbo 12 CI“-Vakuumröhrenkollektor wurde besonders flach konzipiert.
Die „Early Sun Energiewand EW 20“ von DPI-Solar Energiespar GmbH, Berlin, basiert auf der Kombination eines Akotec-Röhrenkollektors mit Navaröhren und zwei Pfosten. DPI-Solar Energiespar  hat als Produktneuerung die Solarwand „EW40“ mit einer Leistung: 3,2  bis 4,4 kWp in den Abmessungen 4,60 m x 1,80 m (B x H) sowie mit einer Bruttokollektorfläche von 6,60 m2 entwickelt.
Die „Auron“-Vakuumröhrenkollektoren von Elco Heating Solutions, Mörfelden-Walldorf, eignen sich besonders für die solare Warmwasserbereitung und sind für die Schräg-, Flachdach und Fassadenmontage sowie als Freiaufstellung geeignet. Die Einzelröhrenmontage beim „Auron“-Vakuumröhrenkollektor („Auron 15 DF“ und „Auron 20 DF“) bietet beim Transport und beim Zusammenbau auf dem Dach etliche Vorteile. Kennzeichnend sind die hydraulischen Anbindungen und besonders flexiblen Montagesysteme.
Die EuroSun aus Marburg ist einer der wenigen Hersteller in Deutschland, die sowohl einwandige als auch doppelwandige Vakuumröhren herstellen. Der Produkthersteller hat im letzten Jahr die Leistungen und das Handling der Heatpipe- sowie der direkt durchflossenen Vakuumröhrenkollektoren optimiert. Insofern wurde auch ein direkt durchflossenes System entwickelt, das beim Kunden vor Ort zusammengebaut wird.
Kingspan Solar, Neu-Isenburg, fertigt den „Varisol“ nun auch in der Heatpipeversion, bei dem der Solarteur den Kollektor aus einzelnen, direkt durchströmten Röhren auf dem Dach zusammensteckt. Die Verbindung der Einzelröhren erfolgt ohne Werkzeug. Beim „Varisol DF“ und „Varisol HP“lassen sich bis zu 150 Thermomaxröhren zu einem Kollektor zusammenfügen und somit an das jeweilige Dach oder die Fassade anpassen. Der Hersteller integriert je nach Kundenwunsch einen Temperaturbegrenzer bis 95°C oder einen bis 135°C, die den Kondensator mechanisch von der Heatpipe abschalten und somit den Wärmetransport unterbrechen.
Die Vakuumröhrenkollektoren „Sun 3010 – 3015“ von Oertli-Rohleder Wärmetechnik GmbH, Möglingen, basieren auf  „Sydney-Heatpipes“, bei denen die Wärmeerzeugung in der Vakuumröhre vom Solarkreis getrennt ausgeführt ist. Die Wärmeübertragung erfolgt permanent über den Kondensator am Kopf der Heatpipe.  Die Vakuumröhre ist als Glasröhrenhülse ausgeführt und kommt somit ohne einen Glas-Metall-Übergang aus. In der Glasröhrenhülse befindet sich das vernickelte und um 360° drehbare Absorberrohr, das durch ein Aluminium-Wärmeleitblech an den Absorber gedrückt wird. Somit entstehen keine Wärmespaltverluste. Die Röhren sind zudem einzeln austauschbar – ohne dass das Wärmeträgermedium entleert werden muss.
Der „OKP-10“ und „OKP 20“ von  Oventrop GmbH, Olsberg, wird mit „Sydney-Heatpipes“ bestückt, wobei sich Sammelkasten und der Vor- und Rücklauf auf der gleichen Seite befindet und somit eine modulare Erweiterung des Kollektorfeldes ermöglicht wird. Zudem bietet Oventrop seine Vakuumröhrenkollektoren mit vorgefertigten Montageschienen an. Die Konstrukteure verzichten auf einen Spiegel und setzen dafür Heatpipes ein.
 Die Solvis Solar GmbH, Braunschweig, verwendet „Sydney“- Vakuumröhren  und bestückt den „Luna“- Kollektor mit einem flachen Spiegel.
Der Vakuumröhrenkollektor „Vitosol 200-T“ von Viessmann, Allendorf, wird in unterschiedlichen Ausführungen für private und gewerbliche Anwendungen eingesetzt und kann nahezu in jeder Einbaulage verwendet werden. Waagerecht liegend oder aufgeständert auf Flachdächern, senkrecht an Balkonbrüstungen und Fassaden sowie auf Schrägdächern. Als „Vitosol 200-T SP2A“ wird der Vakuumröhrenkollektor besonders zur Brauchwassererwärmung oder zur Heizungsunterstützung in Einfamilienhäusern sowie für kleinere Anlagen in Mehrfamiliengebäude verwendet. Damit die Absorber zur Sonne ausgerichtet werden können, sind die einzelnen Röhren axial um plus/minus 25° drehbar ausgeführt. Der „Vitosol 200-T SP2A“ wird mit Vakuumröhren von 70 mm Durchmesser bestückt und mit einer Absorberfläche von 1,5 bis 3,0 m2 hergestellt. Für die Montage an Balkonbrüstungen wird der Kollektor mit einer Absorberfläche von 1,25 m2 und einem kürzeren Sammlergehäuse hergestellt.
Für Großanlagen in Gewerbe und Industrie wird der Typ „Vitosol 200-T SPE“ mit Absorberflächen von 1,6 bis 3,3 m2 produziert. Der große Abstand zwischen den Vakuumröhren ermöglicht es, die Röhren ohne eine gegenseitige Abschattung axial um plus/minus 45° zur Sonne zu drehen.
Der „Vitosol 300-T“ wird nach dem Heat-Pipe-Prinzip in zwei Größen hergestellt und kann mit einem solaren Deckungsgrad von 60% für Flachdach-, Fassadenmontage und Freiaufstellung (Energiewand) eingesetzt werden. Die Vakuumröhren enthalten zudem zur Ertragserhöhung eine zweiseitige Antireflexbeschichtung und eine integrierte Temperaturabschaltung zum Schutz vor Stagnation.

Autor: Dipl.-Ing. Eric Theiß ist als freier Journalist mit den Themenschwerpunkten Technische Gebäudeausstattung (TGA) und rationelle Regenerativtechnologien tätig. 81369 München, dipl.ing.e.theiss@t-online.de

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