Mit Solar-Luftkollektoren kann direkt Raumluft erwärmt oder Prozesswärme gewonnen werden. Solar-Luftkollektoren sind überall dort geeignet, wo frische Luft und Wärme zum Lüften, Temperieren von Gebäuden oder zum Trocknen von Produkten benötigt wird. Durch das Wärmeträger-Medium Luft gelten Luftkollektoranlagen als vergleichsweise betriebssicher und wartungsarm. Einige Anbieter fertigen die Kollektoren bereits seit Anfang der 1980er Jahre.

Ertrag und Effizienz von Solar-Luftkollektoren

Solare Warmluftkollektoren erreichen hohe Wirkungsgrade. Die Effizienz von Solar-Warmluftheizungen steht deshalb Systemen von flüssigkeitsdurchströmten Solarkollektoren nicht nach. Mit Wirkungsgraden von 50 bis 70 Prozent im Gesamtsystem übertrifft die luftbasierte Solarheizung sogar in vielen Fällen wasserführende Systeme. Die Jahreserträge unterscheiden sich dabei je nach Anwendungsfall. Standard-Luftkollektoren erreichen Quadratmetererträge zwischen 300 Kilowattstunden pro Quadratmeter im Jahr (kWh/m²a) und 750 kWh/m²a. Erträge in Prozesswärme-Anwendungen liegen demgegenüber regelmäßig zwischen 500 und 750 kWh/m²a

Der wichtigste Nachteil von Luftkollektoren ist, dass die Energiedichte des Wärmeträgers Luft so gering ist, dass sich Energie in diesem Medium kaum für eine zeitversetzte Anwendung speichern lässt. Wasser hingegen ist ein sehr guter und preiswerter Wärmespeicher.

Aufbau typischer Solar-Luftkollektoren

Die gängigen Solar-Luftkollektoren sind ähnlich aufgebaut wie ein klassischer Solarthermie-Flachkollektor: In einem flachen Kasten – meist aus Aluminium – befinden sich hocheffizient beschichtete Absorber aus Metall oder Kunststoffen. Durch diese strömt allerdings beim Solar-Luftkollektor Luft anstelle von Wasser. Abgedeckt ist die Kollektorwanne mit einer gehärteten Glasscheibe oder einem witterungsfesten Kunststoff. Ein Ventilator sorgt in der Regel dafür, dass der Kollektor durchströmt wird.

Energieautarker Betrieb mit Photovoltaik

Manche Solar-Luftkollektoren sind mit einem integrierten Photovoltaikmodul ausgestattet. Dieses ermöglicht einen vom Stromnetz unabhängigen Betrieb des Ventilators. Solche Luftkollektoren arbeiten völlig energieautark und benötigen keine weitere Regelung: Scheint die Sonne von einem wolkenlosen Himmel senkrecht auf den Kollektor, dann erzielt dieser seine höchste Leistung und zugleich sorgt das PV-Modul dafür, dass der Ventilator die Energie mit einen kräftigen Luftstrom ins Gebäude befördert. Ist die Sonneneinstrahlung schwächer, so nimmt auch die photovoltaisch erzeugte Gebläseleistung ab, und nachts oder wenn dicke Wolken vor der Sonne hängen, bleibt auch der Luftstrom aus.

Solar-Luft-Kollektor von Grammer SOlar mit integriertem Photovoltaikmodul.
Solar-Luft-Kollektor mit integriertem Photovoltaikmodul. Ein Stromanschluss ist zum Betrieb des Ventilators überflüssig. (Foto: Grammer Solar)

Spezielle Bauformen von Luftkollektoren

Für Hochtemperaturanwendungen gibt es inzwischen auch Luftkollektoren, die mit Vakkumröhren arbeiten. Das Vakuum in der doppelwandigen Glasröhre wirkt, wie in einer Thermoskanne, als perfekter Isolator. Durch diese Hülle, deren Innenseite mit einer hocheffizienten lichtabsorbierenden Schicht

Eine weitere Sonderbauform sind Solarkollektoren, die sowohl der Stromgewinnung als auch der Wärmeerzeugung dienen, sogenannte PVT-Kollektoren. Neben wasserführenden PVT-Kollektoren gibt es auch Luftkollektoren, die die Abwärme von Photovoltaikanlagen nutzen bzw. deren Luftstrom für die Kühlung von PV-Anlagen sorgt, so dass deren elektrischer Wirkungsgrad steigt. Die thermische Flächeneffizienz ist allerdings wesentlich geringer, so dass sie in der Regel nicht das Förderkriterium Des BAFA in der Bundesförderung Effiziente Gebäude (BEW) erreichen.

Förderung von Solar-Luftkollektoren

Deutschlandweit werden Solar-Luftkollektoren in der Bundesförderung effiziente Gebäude (BEG) mit einem Regelsatz von 30 Prozent gefördert, wenn sie bestimmte Mindestkriterien erfüllen. Die Förderung gilt für Wohngebäaude und für Nichtwohngebäude. Die Investition muss inklusive Material und Montage mindestens 2000 Euro betragen. Vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gibt es dafür direkte Zuschüsse. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) gewährt entsprechende Tilgungszuschüsse im Rahmen ihrer BEG-Kreditförderung. Luftkollektoren für Bestandsgebäude werden nur gefördert, wenn diese älter als 5 Jahre sind. Für Neubauten können Luftkollektoren im Rahmen der BEG-Effiziengebäudeförder bezuschusst werden.

Förderung von Solarluft für Prozesswärme

Noch höher fallen aber die Fördersätze für Solar-Luftkollektoren aus, die für Prozesswärme-Zwecke in Industrie, Landwirtschaft und Gewerbe eingesetzt werden. Hier sind Fördersätze bis zu 55 Prozent möglich.

Förderprogramm Gebäudetyp/Anwendung Fördersatz abhängig von
Investitionssumme 1)
Bundesförderung für effiziente
Gebäude „BEG“ > Anlagen für
Wärmeerzeugung
Wohngebäude und Nichtwohngebäude,
die älter als 5 Jahre sind
 30 %
(bis 45 % in Verbindung mit
Ölkesseltausch)
Prozesswärme für Unternehmen Trocknungsanlage, Prozessluftanlagen
Neubau / Altbau
45 % / 55 % 2)
1) Zu den Investitionskosten zählen auch Montagekosten und Nebenkosten die im „unmittelbaren Zusammenhang mit der Installation und Inbetriebnahme“ stehen (Durchbrüche, Gerüst,…)
2) Prozesswärmeförderung für Unternehmen. Kleinen Mittenständischen Unternehmen (KMU) von Landwirtschaft erhalten 10% KMU Bonus* bzw. 55% Förderung. Optional auch KfW Förderung möglich.
BAFA-Förderung, Stand 15.01.2022 – ohne Gewähr. Weitere Förderkonditionen und Richtlinien1) finden Sie unter www.bafa.de

Gegenüber früheren Förderrichtlinien des genannten Marktanreizprogramms hat sich die Förderung von Solar-Luft-Kollektoren mit dem Start der Bundesförderung effiziente Gebäude Anfang 2021 deutlich verändert. Zum einen muss nun einen Handwerker beauftragen, wer in den Genuss der Förderung kommen will. Zum anderen gilt nun ein Mindest-Investitionsvolumen von 2000,- Euro. Da die kleineren, preisgünstigen Modelle ohne weiteres auch von geübten Heimwerkern installiert werden können, erwarten die Hersteller einen deutlichen Einfluss dieser geänderten Förderbedingungen auf den Markt (vgl. Solarthemen vom 27.10.2021).

Weitere wirtschaftliche Vorteile

Neben der solaren Energieernte und der finanziellen Förderung durch BAFA und KfW sprechen aus Sicht von Bauherren einige weitere indirekte wirtschaftliche Vorteile für Luftkollektoren:

  • Luftkollektoren können zur Gebäudelüftung in ein Lüftungskonzept nach Gebäudeenergiegesetz (GEG) integriert werden.
  • SolarLuft-Kollektoren können helfen, den im Gebäudeenergiegesetz geforderten Anteil regenerativer Energien bei der Gebäudeheizung bereitzustellen.

Wofür lassen sich Solar-Luftkollektoren verwenden? –Anwendungsbeispiele

Eine typische Anwendung für solarunterstützte Lüftung mit Solarluftkollektoren sind des weiteren Ferienhäuser oder selten benutzte Wohnungen. Die werden kaum beheizt und wenn, dann nur wenige Tage im Jahr. Die Räume werden feucht und muffig und man benötigt Stunden, um den unangenehmen Geruch heraus zu lüften – falls dies überhaupt möglich ist. Gerade in diesen Fällen können autarke Solar-Luftkollektoren mit photovoltaisch betriebenem Lüfter gute Dienste tun. Sie senken die relative Luftfeuchtigkeit im Gebäude und beugen auf diese Weise unangenehmen Gerüchen sowie Stockflecken und Schimmel auf den Polstern oder an der Tapete vor.

Zur Entfeuchtung, Temperierung und Belüftung von unregelmäßig genutzten Ferienhäusern eignen sich stromautarke Luftkollektoren ideal. (Foto: Grammer Solar)

Ein ähnliches Problem besteht bei schlecht gedämmten Gebäuden und Kellerräumen oder Gebäuden mit hoher Luftfeuchtigkeit. Solar-Luftkollektoren können hier oft auf einfache, klimaneutrale Weise die Luftqualität und Hygiene verbessern. Dadurch leisten sie auch einen Beitrag zur Energieeinsparung im Gebäude.

Solarluft für den Keller

In Kellerräumen sind feuchte Wände das Ergebnis von eindringender Feuchtigkeit und dem gleichzeitigen Wärmeverlust der Außenmauern und des Kellerbodens. Selbst bei guter Bausubstanz führen bereits geringe Temperaturunterschiede zwischen Erdreich und Kellerraum zu hoher Raumfeuchte. Ein Solar-Luftkollektor bekämpft dabei das Problem mit doppelter Wirkung: durch die warme Luft, die er erzeugt und durch den hohen Luftdurchsatz, mit dem sein Ventilator die feuchte Luft aus dem Keller treibt. Das System wirkt dank der Formel Entlüftung + Erwärmung = Entfeuchtung.

Grafik zeigt schematisch, wie die Luft aus einem Solar-Luftkollektor durch einen Keller strömt.
So kann ein Solar-Luftkollektor an der Hauswand die Feuchtigkeit aus Kellerräumen vertreiben. (Grafik: Solarventi)

Auch in neuen Gebäuden, wo kontrollierter Luftaustausch quasi Vorschrift ist, und in energetisch sanierten Altbauten muss regelmäßig gelüftet werden. Ständig gekippte Fenster lassen die Räume aber unnötig auskühlen und Stoßlüften ist oft nicht in allen Räumen möglich. Ein Solar-Luftkollektor erhöht hier den Komfort, indem er die Luft permanent erneuert und die Räume trotzdem warm hält. Er kann die Heizkosten spürbar senken, wenn zugeführte Luft die Räume so gut erwärmen kann, dass die Thermostatventile der konventionellen Heizung zeitweise sogar abschalten können. In Kombination mit einem intelligenten Regler können Luftkollektoren dabei auch die Luftfeuchtigkeit in Feuchträumen wie Badezimmer und Küche überwachen und den Luftstrom auch unabhängig von der Solareinstrahlung nach Bedarf steuern.

Solar-Luftkollektoren an einer gelben Hauswand montiert. Davor spielt ein Kind im Schnee.
Auch in modernen oder renovierten Gebäuden lassen sich Solar-Luftkollektoren einsetzen, um den notwendigen Luftaustausch zu gewährleisten und dabei viel Energie zu sparen.

In Prozesswärmeanwendungen sind Luftkollektoren immer dann erste Wahl, wenn neben klimaneutraler Energie auch Lüftung gefragt ist. Hier einige Beispiele:

Großes Hallendach, belegt mit Solar-Luftkollektoren
Besonders für Prozesswärmeanwendungen können auch große Dächer und Fassaden mit Luftkollektoren belegt werden. (Foto: Grammer Solar)
Grafik zeigt schematisch die Trocknung von Holzhackschnitzeln mit Solarluft.
Die Trocknung von Holzhackschnitzeln mit solar erwärmter Luft ist eine hocheffiziente Form der solaren Energienutzung.

Zahlreiche weitere Anwendungsbeispiele sind in aktuellen Artikeln auf dem Solarserver beschrieben:

Wie groß ist der Markt für Solar-Luftkollektoren?

Eine amtliche Statistik speziell zu Warmluftkollektoren gibt es ebenso wenig wie eine verlässliche Erfassung durch die Solar- und Heizungsbranche. Nach Recherchen der Solarthemen-Redaktion betrug das Marktvolumen für Solar-Luftkollektoren in Deutschland im Jahr 2021 etwa 6000 bis 7000 Quadratmeter. Die Zahlen beruhen auf einer vertraulichen Befragung führender Anbieter von Solar-Luftkollektoren. Das entspricht etwa einem Prozent der gesamten jährlich verkauften Solarkollektorfläche (Quelle: Branchenstatistik BDH/BSW).

Die Hersteller von Luftkollektoren bedienen also derzeit lediglich einen Nischenmarkt. Mit zunehmender Bedeutung von Lüftungstechnik im Gebäudebereich und aktuellen Fortschritten im Bereich der Normung ist aber durchaus anzunehmen, dass dieser Kollektortyp sein Marktvolumen tendenziell wird ausbauen können.

Anbieter von Solar-Luftkollektoren

Die Zahl der Hersteller und Anbieter von solaren Luftkollektoren ist überschaubar. Zu nennen sind unter anderem diese:

Aktuelle Meldungen zum Thema Solarthermie finden Sie unter diesem Link auf dem Solarserver.

21.1.2022, aktualisiert 8.3.2022 | Autor: Guido Bröer
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