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Luftkollektor in der Solarthermie

Der Luftkollektor ist eine Errungenschaft der alternativen Energiegewinnung. Immer mehr Hausbesitzer beziehen die notwendigen Annehmlichkeiten wie Raumwärme und Warmwasser nicht mehr aus Strom und Erdgas, sondern aus alternativen Quellen. Viele von Ihnen kennen sicher Solarkollektoren, die immer mehr Hausdächer zieren. Es handelt sich dabei um Platten (Flachkollektor) oder Röhren (Vakuumröhrenkollektor), durch die eine Solarflüssigkeit fließt. Durch die Solarenergie wird die Flüssigkeit erwärmt. Nach dem gleichen Prinzip funktioniert auch der Luftkollektor. Hier ist der Energieträger allerdings nicht flüssig, sondern herkömmliche Luft.

Paradigma als Hersteller setzt stattdessen mit dem AquaSolar System auf den Wärmeträger Wasser!

wie funktioniert ein Luftkollektor?
Schematischer Aufbau und Funktionsweise von Luftkollektoren in der Solarthermie.

Der Kollektor-Aufbau

Der prinzipielle Aufbau eines Luftkollektors ist wie auch bei der Bauform Flachkollektor sehr einfach und erreicht dank der direkten Energieübertragung sehr hohe Wirkungsgrade, die oft über 50% liegen. Es handelt sich dabei um Metallgefäße, in welche die Absorber für Wärme eingebettet sind. Durch diese Absorber wird die kalte Luft geleitet, die mithilfe der Sonnenenergie aufgeheizt wird. Wasser bei Solaranlagen mit AquaSolar System ist im Gegensatz zu Luft ein sehr guter Wärmespeicher. Das durch das Sonnenlicht erhitzte Wasser kann daher in einem Speicher eine geraume Zeit aufbewahrt werden, bis es zum Einsatz kommt. Luft hingegen gibt die Wärme sehr schnell ab, was zu gesonderten Funktionsweisen bei einem Luftkollektor führt. Dabei ist die direkte Nutzung der erwärmten Luft zu nennen und die Abgabe der gespeicherten Wärme an ein Speichermedium.

Luftkollektor Funktionsweise

Bei der direkten Nutzung der erwärmten Luft wird die Raumluft eines Gebäudes permanent in Bewegung gehalten und durch die Luftkollektoren geleitet. Dank der Luftbewegung wird die erwärmte Luft direkt wieder in den Raum gebracht und vermischt. Bei der indirekten Nutzung wird die Luft stärker erhitzt. Das bedeutet, die Luft wird weniger schnell durch den Luftkollektor geleitet und erreicht so sehr hohe Temperaturen. Diese stark erwärmte Luft wird dann durch einen Wärmetauscher geleitet, der die Wärmeenergie an ein Speichermedium wie zum Beispiel Wasser abgibt. Das so erwärmte Wasser kann dann wiederum im Pufferspeicher gesammelt werden, wo es eine geraume Zeit die Wärme speichert. Die auf diese Weise abgekühlte Luft hat dennoch eine Restwärme, die für die Raumwärme verwendet werden kann. Genau wie bei der direkten Nutzung wird die Wärme also im Raum verteilt.

Nachteile der Technik

Die relativ neue Form der Solarwärmenutzung mithilfe der Luftkollektor Technik ist noch nicht so weit verbreitet wie zum Beispiel die Solarkollektoren mit Wasserdurchlauf. Dies hat insbesondere den Hintergrund, dass im Gebäude selbst statt der üblichen Wasserrohre für die Wärmeverteilung mit Vorlauf und Rücklauf Luftschächte eingebaut sein müssen. Diese sind in der Regel breiter im Umfang als bei einer vergleichbaren Heizversorung mit Wasser. Solche Konstruktionen eignen sich also vor allem für neue Immobilienprojekte und werden so nur nach und nach zur regulären Alternative. Ein Nachteil in der Wärmeversorgung via Luftkollektor ist natürlich die nicht vorhandene Wärmespeicherfähigkeit der Luft. Will man über die direkte Raumwärme-Nutzung die Wärme speichern, so ist das mit zusätzlichem Aufwand verbunden. Nur mit zusätzlichen Geräten wie einem Wärmetauscher und einem Wärmespeicher ist dies möglich.

Vorteile der Bauart

Trotz dieser technisch bedingten Nachteile bietet ein Luftkollektor auch zahlreiche Vorteile. Wasser kann zum Beispiel bei hoher Sonneneinstrahlung beginnen zu sieden. Die dabei entstehende Gasentwicklung kann den Solarkollektor beschädigen. Das ist bei Luftkollektoren nicht möglich, da der Druckanstieg bei starker Erwärmung vernachlässigbar klein ist. Gleiches gilt für sehr niedrige Temperaturen. Bei Schnee und Eis kann ein Solarkollektor auf Wasserbasis und ohne ausreichend Frostschutzmittel (Glykol) oder intelligenter Frostschutz-Regelung (Paradigma AquaSolar System) einfrieren, was ebenfalls starke Beschädigungen hervorrufen kann. Luft gefriert nicht und stellt daher auch bei Minus-Temperaturen keine Gefahr dar. Der wichtigste Punkt ist jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit beim Austausch von Wärmeenergie. Während Wasser eine gewisse Zeit und eine hohe Intensität an Solareinstrahlung benötigt um erwärmt zu werden, wird Luft auch bereits bei geringer Sonneneinstrahlung in unseren Breitengraden rasch erwärmt. Die Solarwärme steht insofern schneller zur Verfügung.

Die Vorteile der direkteren, schnelleren Energienutzung und technischen Einfachheit machen den Luftkollektor neben Wasser zu einem der (möglichen) Wärmeerzeugungsmedien der Zukunft. In umweltfreundlichen Bauprojekten werden die technischen Leitungen bereits an die Bedürfnisse der Luftkollektoren-Versorgung angepasst. Gemeinsam mit anderen Energieerzeugungstechniken wie die Solarthermie mit Wasser als Solarflüssigkeit oder dem Brennstoff Holzpellets für Heizungen ist der Luftkollektor ein interessanter Bestandteil der alternativen Energiegewinnung.

Bild-Credits: TwinSolar von Grammer Solar aus Amberg in Bayern.