Solarthermie Luftkollektor

Solarthermie Luftkollektoren kommen besonders in Amerika zum Einsatz, werden jedoch immer häufiger auch in Europa genutzt. In den Luftkollektoren zirkuliert keine Wärmeträgerflüssigkeit, sondern Luft, die durch Strahlung der Sonne erwärmt wird. Luftkollektoren kann man mit einem schwarzen Ballon vergleichen. Durch die Sonne wird der schwarze Ballon erwärmt und steigt auf. Die Luft die innerhalb der Luftkollektoren erwärmt wird, bringt uns jedoch den Nutzen, diese Wärme für die Lüftung und Heizung des Haushalts zu verwenden.

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Aufbau und Funktionsweise

Für die Verwendung von Luftkollektoren wird im Gegensatz zu Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren, eine größere Fläche benötigt, da Luft zur Beförderung von Wärme ein größeres Volumen benötigt, als die Wärmeträgerflüssigkeit. Der Wärmetauscher, als auch der Querschnitt von den Luftkanälen, müssen eine entsprechende Größe aufweisen, womit das System relativ platzaufwändig wird. Im Aufbau sind alle Arten der Luftkollektoren gleich. Über Filter und Ventilatoren wird die Luft in die Luftkollektoren befördert. Der Absorber befindet sich innerhalb des wärmegedämmten Gehäuses und wird mit einer Solarscheibe abgedeckt. Wenn die Sonne Strahlungen abgibt, wird die Luft innerhalb des Kollektors erwärmt und direkt in das Haus geblasen. Die Wärme kann auch in einem Wärmespeicher gespeichert werden, jedoch werden dazu andere Speichersysteme benötigt als bei herkömmlichen thermischen Solaranlagen. Bei Luftkollektoren die eine zusätzliche Warmwasserbereitung bieten, benötigt man einen speziellen Wärmetauscher, der zusätzlich das Wasser innerhalb eines Wasserspeichers erwärmt. Meistens werden die Luftkollektoren in isolierten Metallgefäßen verbaut, die einen Wärmeabsorber beinhalten. In wenigen Fällen werden auch ganze Hausdächer oder Fassen zu einem riesigen Luftkollektor umgewandelt. Dabei wird eine durchsichtige Abdeckung zwischen der Fassade oder dem Dach und dem Absorber montiert. Somit wird innerhalb dieser Schicht die Luft durch die Sonnenstrahlen erwärmt.

Flachkollektor

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Einsatz der Luftkollektoren

Je nach Solarertrag sind die Luftkollektoren für die Heizungsunterstützung, zur Warmwasserbereitung und auch für die Lüftung des Hauses geeignet. Luftheizungen kommen in der Regel bei Lagerhallen, Schwimmbädern, Ferienhäusern und Sporthallen zum Einsatz. Auch in gewerblichen Gebäuden von Landwirtschaft oder Industrie können Luftkollektoren zur Trocknung von Produkten eingesetzt werden. Wenn ein bestehendes Haus eine gute Isolierung aufweist und der Heizbedarf nicht zu hoch ist, kann ein Zuluftsystem integriert werden. Deshalb werden die Luftkollektoren bei Solarthermieanlagen auch in Wohngebäuden immer häufiger zum Be- und Entlüfte eingesetzt. Durch eine Absorptionskältemaschine kann bei einem Wärmeüberschuss von den Luftkollektoren, auch zur Kühlung des Hauses genutzt werden. Jedoch muss dafür ein Filter eingebaut werden, der die Kollektoren vor Verunreinigungen schützt.

Luftkollektoren bergen jedoch auch einige Vorteile, da die Luftkollektoren bei Kälte nicht einfrieren und keine Verrostungen auftreten können. Sollte dennoch eine Leckage auftreten, tritt lediglich warme Luft aus den Kollektoren. Außerdem verringern Luftkollektoren die Luftfeuchtigkeit und beugen somit der Schimmelbildung vor.

Ein weiterer Vorteil dieses Systems ist die gleichzeitige Lüftung und Heizung durch die direkte Nutzung der Luft, somit geht keine Heizenergie durch eine manuelle Lüftung verloren.
Da die erwärmte Luft innerhalb des Kreislaufs in der Wandheizung oder Bodenheizung (Hypokauste und Murokauste) und nicht direkt im Raum verläuft, können die Luftkollektoren auch zur Heizungsunterstützung genutzt werden. Dadurch werden die Wände oder Böden erwärmt und die Wärme wird so an die jeweiligen Wohnräume abgegeben. Die Installation von Luftkollektoren bietet sich besonders bei neu gebauten Häusern an, da für die Weiterleitung der erwärmten Luft breite Luftschächte benötigt werden und diese bereits beim Bau berücksichtigt werden können. Bei bestenden Gebäuden lassen sich jedoch auch individuelle Lösungen finden, um Luftkollektoren einzubauen.

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Wirkungsgrad

Der optische Wirkungsgrad und die Wärmeverluste bilden den Wirkungsgrad. Der optische Wirkungsgrad zeigt das Verhältnis zwischen der nutzbaren Sonnenenergie, die durch das System aufgefangen werden kann und die tatsächlich erreichte Leistung. Je nach Art und Größe einer thermischen Solaranlage, treten stets Wärmeverluste auf. Jedoch sind die Luftkollektoren im Gegensatz zu anderen Kollektoren mit einer Wärmeträgerflüssigkeit reaktionsschneller, da bereits geringe Energiekraft eingefangen werden kann. Außerdem steht durch die direkte solare Lüftung schneller die Wärme zur Verfügung. Luft speichert die Wärme zwar schneller als Wasser, speichert diese jedoch nicht so lange. Außerdem ist das System bei Luftkollektoren im Vergleich zu anderen Kollektoren aufwändiger, da über einen Solarspeicher und einen Wärmetauscher die gewonnene Wärme auf das Wasser übertragen werden muss.
Im Durchschnitt kann man bei modernen Luftkollektoren von einem Wirkungsgrad zwischen 50 bis 75 Prozent ausgehen. Der Ertrag ist jedoch besonders hoch bei den zu Luftkollektoren umgebauten Dächern und Fassaden.

Kosten der Luftkollektoren

Im Gegensatz zu Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren, lassen sich Luftkollektoren mit Hilfe einer Anleitung selbst montieren. Dadurch sparen Sie die Kosten für die Montage und müssen lediglich die Kosten der Bauteile und des benötigten Werkzeugs tragen. Wer jedoch handwerklich nicht sehr begabt ist, kann sich auch für fertig montierte Luftkollektoren entscheiden. Möchten Sie die Kollektoren jedoch an ein bestehendes Warmwasser oder Heizsystem kombinieren, empfiehlt es sich einen Fachmann für die Installation zu beauftragen. Für einzelne, kleine Luftkollektoren belaufen sich die Kosten auf etwa 400€. Dabei ist die Energie der Wärme so gering, dass weder Thermostat oder Wärmeregel benötigt wird und kann bei Bedarf ein- oder ausgeschaltet werden. Ausgehend von einer Raumgröße von etwa 25 Quadratmetern, lässt sich eine Erhöhung der Temperatur zwischen der Außentemperatur und der Raumtemperatur von ungefähr 15 Grad erreichen. Bei einer größeren Luftkollektorfläche und einer Raumgröße von 40 bis 100 Quadratmetern, belaufen sich die Kosten zwischen 600 und 1200€. Die noch größeren Systeme eignen sich für eine Quadratmeterfläche von bis zu 140 Quadratmeter und können eine Erhöhung der Temperatur von bis zu 40 Grad erreichen. Dabei belaufen sich die Kosten auf circa 1.800€.

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