Thermo Solar Vakuum Flachkollektoren: Erfahrungen, Leistung & Vergleich mit Röhrenkollektoren?
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Ich bin bisher voll zufrieden mit unseren Vakuum Flachkollektoren
Hallo yogiman,
wir haben seit Spätsommer 1995 28 m² Vakuum-Flachkollektoren von Thermosolar auf dem Dach und ich bin bisher absolut zufrieden damit. Ich wollte wegen der Heizungsunterstützung Kollektoren mit geringen Verlusten bei niedrigen Außentemperaturen.
Vakuum Röhren-Kollektoren wären da noch etwas besser, aber sie sind nicht ganz so pflegeleicht  -  da kann sich schon mal Laub zwischen den Röhren sammeln (wir haben eine große Buchengruppe nördlich des Hauses). Außerdem ist der Anblick weniger dezent und der Preis noch höher.
Dagegen wirkt das Feld aus 2 x 7 Stück Vakuum Flachkollektoren in in-Dach-Montage fast wie ein großes Dachfenster. Der Schnee rutscht relativ gut ab und das Feld reinigt sich weitgehend selbst. Für das Vakuum habe ich von Anfang an eine Vakuumpumpe dazu angeschafft und im Keller neben dem Manometer mit Magnetventil an der Wand montiert. Damit sind etwa 92-93 % Vakuum erreichbar. Dass das Vakuum langsam abnimmt, scheint normal. Nach einem Jahr sind es bei mir vielleicht noch 75 % Vakuum. Dieser Verlust ist in den nun 12 Jahren Betriebszeit ziemlich unverändert geblieben. Etwa einmal im Jahr lasse ich die Pumpe für einige Stunden laufen bis es wieder die 93 % Vakuum sind. Vorzugsweise mache ich das an einem schönen Herbsttag, wenn die Kollektortemperatur möglichst hoch ist (Restluft ausgedehnt) und das Winterhalbjahr kommt, für das man jede Wirkungsgradverbesserung gebrauchen kann.
Dieses relativ bescheidene Vakuum in den Vakuum-Flachkollektoren verhindert nicht die Wärmeleitung der Luft. Die Luftmoleküle werden von der Zitterbewegung (Brownsche Molekularbewegung) der Moleküle des heißen Absorbers angestoßen und übertragen etwas Energie an die mehr in Ruhe befindlichen Moleküle des kalten Gehäuses. Die Luftmoleküle sind bei einem Teilvakuum nur länger unterwegs, bis sie mal wieder zusammen stoßen (Stichwort "freie Weglänge"😉, aber sie übertragen weiterhin Energie. Bei einem Teilvakuum wird die Wärmeleitung sogar erst etwas besser, weil die störenden gegenseitigen Stöße zwischen den Luftmolekülen weniger werden und sie mehr direkt zwischen den Grenzflächen hin und her pendeln. Erst bei einem Hochvakuum  -  nur bei Röhrenkollektoren mehr oder weniger erreichbar  -  nimmt die Wärmeleitung ab, aus Mangel an Luftmolekülen, die Stoßenergie übertragen könnten.
Das Teilvakuum der Vakuum-Flachkollektoren verhindert aber weitgehend die Luftkonvektion, also die Zirkulation der Luft im Kollektor zwischen Absorber und Gehäuse. Das ist schon fast die ganze Miete, denn die Wärmeleitung der Luft ist ohnehin gering. Schließlich ist die Funktion von Wärmedämmung aus Fasern oder Schaumstoffen auch nur, die Luft am Zirkulieren zu hindern. Durch das Vakuum spart man sich einen Dämmstoff zwischen Absorber und Rückwand, was eine niedrige Bauhöhe ermöglicht und die Dämmwirkung ist auch nach vorne hin zum Glas gegeben.
Ein Schwachpunkt sind die unvermeidlichen Durchführungen der Solarrohre durch das Gehäuse, denn hier an den Ecken wird das Gehäuse leider mit erwärmt. Trotzdem dürfte der Wirkungsgrad der Vakuum Flachkollektoren, vor allem bei niedrigen Außentemperaturen, ein gutes Stück über dem gewöhnlicher Flachkollektoren liegen.
Bei unserem Kollektorfeld mit 28 m² habe ich eine maximale Wärmeleistung von über 20 kW ermittelt aus Durchflussmenge und Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf (Vorlauf, Rücklauf). Mein Pufferspeicher mit 6800 Liter Wasserinhalt erreicht im Sommer schon seine 98 °C und ich lasse die Pumpe im Solarkreis extra langsam laufen und entferne an einer Stelle die Isolierung des Speichers, um die Verluste gezielt zu erhöhen und ein Abschalten der Pumpe zu vermeiden.
Meine Sorge galt vor allem anfangs der Vakuum-Dichtigkeit. Beim Bau der Anlage hatte ich eine haarfeine Undichtigkeit in einer Lötstelle der Vakuumleitung, durch die aber das ganze Kollektorfeld über Nacht das Vakuum größtenteils verlor. Daran habe ich gesehen, wie hoch die Anforderung an die Dichtigkeit ist. Umso mehr staune ich, dass die 14 Kollektoren bisher so gut dicht halten. Kürzlich hatten wir hier einen kräftigen Hagel, der Autos verbeult und auch einige Autoscheiben eingeschlagen hat. In einer Gärtnerei hat er die meisten Gewächshäuser eingeschlagen. Wir sind nicht ganz im Zentrum der Hagelschneise, aber das haben die Kollektoren jedenfalls unbeschadet überstanden. Die Sorge bleibt, ob sie auch noch stärkeren Hagel überstehen würden. Ein Sprung im Glas  -  und das ganze Feld hätte kein Vakuum mehr.
So lange es gut geht ist ein angenehmer Nebeneffekt, dass die Kollektoren nicht atmen und dass daher keine Feuchtigkeit ins Innere gelangt. Normale Flachkollektoren müssen undicht sein, damit sich ausdehnende Luft im Inneren nicht das Glas sprengt. Deswegen brauchten damals die normalen Flachkollektoren eine Trockenpatrone (oder wie das hieß?), die man immer wieder austauschen musste. Wenn sich doch Feuchtigkeit im Inneren ansammelte konnte die Isolierung durchfeuchten und die empfindliche selektive Absorberbeschichtung korrodieren. Gegenüber dem Wartungsaufwand bzw. der Korrosionsgefahr ist der Vakuum-Kollektor eine elegante Alternative.
Heute scheinen normale Flachkollektoren ohne die Trockenpatrone auszukommen (Weiß jemand, wie das Problem gelöst wurde?) und demnach wäre ein wichtiges Argument für Vakuum hinfällig, weswegen ich mir heute eher vorstellen könnte, normale Flachkollektoren zu verwenden, zumal sie deutlich weniger kosten.
Nach 12 Jahren liegen meine Kollektoren noch fast genauso auf dem Dach, wie am Anfang. Das Glas ist innen leicht beschlagen. Das sind vermutlich Stoffe, die aus der Dichtung ausgegast sind und sich auf dem Glas niedergeschlagen haben. Sie dürften aber die Leistung nur gering mindern, sondern eher ein kleiner Schönheitsfehler sein.
Mein Fazit:
Die Vakuum Flachkollektoren sind eine geniale Erfindung. Bisher bin ich voll zufrieden damit. Endgültig zufrieden damit bin ich aber erst, wenn sie dreimal so alt wie heute sind, also 36 Jahre. Diese Lebensdauer würde ich von Solarkollektoren mindestens erwarten. Für ein eigentliches Fazit ist es also zu früh.
Nochmal zurück zu Ihren Fragen:
Wenn die Leistung bei höherer Temperatur so stark in die Knie geht und die Kollektoren auf der Rückseite warm werden (nicht nur nahe der Solardurchführungen) würde ich zu schlechtes Vakuum vermuten. Es sollte auf jeden Fall ein Manometer fest installiert sein, mit dem man das Vakuum jederzeit beurteilen kann. Anscheinend ist es ja der Fall, da Sie schreiben, es sei nach 12 Monaten um die Hälfte abgefallen. Anfangs kann der Vakuumverlust etwas größer sein, weil Stoffe ausgasen. Auf Dauer würde mir ein Abfall von 93 % auf 50 % (?) in einem Jahr zu viel erscheinen. Eine Vakuumpumpe gehört aus meiner Sicht trotzdem zu so einer Anlage dazu. Auf das Krypton würde ich verzichten.
Schöne Grüße, Wolfram Zucker

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