PVT-Module vereinen Solarthermie und Photovoltaik
Wärme und Strom: Wer beide Energieformen mit nur einem System gewinnen möchte, kann dazu auf moderne PVT-Module setzen. Die sogenannten Photothermie-Anlagen bestehen aus Solarmodulen sowie wasser- oder luftführenden Leitungen, um die kostenfreie Strahlung der Sonne bestmöglich auszunutzen. Wie das funktioniert und für wen sich die Hybridkollektoren der PVT lohnen, darüber informieren wir in den folgenden Abschnitten.
Was Wichtigste auf einen Blick:
- PVT-Module erzeugen gleichzeitig Strom sowie Wärme und kombinieren dazu Photovoltaik sowie Solarthermie auf einer Fläche.
- Die Wärmeabfuhr kühlt die Solarzellen, wodurch diese effizienter arbeiten.
- Besonders interessant ist die Kombination aus PVT-Modulen und Wärmepumpe, bei der die Module als Wärmequelle dienen.
- PVT nutzt vorhandene Dachflächen sehr gut aus, ist allerdings teurer als reine Photovoltaik oder Solarthermie.
- Ob sich eine PVT-Anlage lohnt, hängt vor allem davon ab, wie gut Sie die erzeugte Wärme nutzen können.
Die Themen im Überblick:
PVT-Module gewinnen Strom und Wärme aus der Sonne
Während die Photovoltaik der Stromerzeugung dient und die Solarthermie Wärme aus solarer Strahlung gewinnt, ist mit PVT-Modulen beides möglich. Denn diese kombinieren Photovoltaik- und Solarthermiemodule in einem Bauteil. Auf der Oberseite sitzen dabei Solarzellen, die auftreffendes Sonnenlicht in Strom umwandeln. Darunter nehmen wasserführende Leitungen oder Luftkanäle die Abwärme auf. Sie speisen diese direkt in das Haus ein oder machen die thermische Energie mit einer Wärmepumpe noch besser nutzbar.
Effizientere Stromerzeugung durch Kühlung der Solarzellen
Indem PVT-Module auch den Wärmeeintrag nutzbar machen, kühlen sie die Solarzellen und sorgen damit für eine höhere Effizienz. Denn die Umwandlung von solarer Strahlung in elektrische Energie funktioniert deutlich besser, wenn die Zellen kühler sind. Grund dafür ist der elektrische Widerstand in den Halbleitermaterialien. Dieser sinkt bei niedrigeren Temperaturen und lässt dadurch eine höhere Zellspannung sowie eine höhere Leistung zu.
Wissenswert: Bei vielen kristallinen PV-Modulen sinkt die elektrische Leistung mit jedem Grad steigender Zelltemperatur um etwa 0,3 bis 0,4 Prozent. Indem PVT-Module Wärme abführen und die Solarzellen kühlen, können sie diesen temperaturbedingten Leistungsverlust reduzieren.
PVT-Module zur Montage auf Dächern und an Fassaden geeignet
Interessieren Sie sich für eine PVT-Anlage, können Sie die Module auf dem Dach oder an der Fassade installieren. Während Fassadenmodule durch den steilen Winkel vor allem in der Übergangszeit und im Winter viel Energie nutzbar machen, gewinnen Dachanlagen im Sommer am meisten Strom und Wärme. Abhängig von der Art der PVT-Module können Sie mit der Technik einen Teil des Strombedarfs decken, das Trinkwasser erwärmen oder sogar die Heizung unterstützen.
Übrigens: Geht es darum, mit der PVT auch zu heizen, eignet sich eine PVT‑Wärmepumpe. Hier nimmt eine Wärmepumpe die thermische Energie vom Kollektor auf. Sie hebt das Temperaturniveau mit einem technischen Prozess an und erzeugt nutzbare Heizwärme.
Funktionsweise und Bauarten der Hybridkollektoren
Den Kern einer PVT-Anlage stellen die sogenannten Hybridkollektoren dar. Dabei handelt es sich um Platten, die sowohl Strom als auch Wärme nutzbar machen. Möglich ist das durch den zweischichtigen Aufbau:
- Vorderseite: Hier bestehen PVT-Module aus Solarzellen, die das Funktionsprinzip der Photovoltaik zur Stromgewinnung nutzen.
- Rückseite: Hier befinden sich wasserführende Leitungen oder luftführende Kanäle. Diese nehmen die Abwärme der Solarzellen auf, um sie für die Heizung, die Warmwasserbereitung oder die Lüftung nutzbar zu machen.
Verschiedene Bauarten von PVT-Kollektoren
Der grundsätzliche Aufbau lässt sich durch verschiedene Spezifikationen an unterschiedliche Einsatzfelder anpassen. So ist es möglich, alle Komponenten in einen verglasten Kasten zu integrieren, Vakuumtechnik zu verwenden oder konzentrierende Spiegel einzusetzen. Welche Vorteile das bietet, zeigt die folgende Tabelle am Vergleich verschiedener Bauarten von PVT-Modulen.
| Art des PVT-Moduls | Aufbau | Nutzen | Typische Einsatzbereiche |
|---|---|---|---|
| Unverglaste PVT-Module | PV-Modul mit rückseitigem Wärmeabsorber, ohne zusätzliche Glasabdeckung und meist mit Flüssigkeit als Wärmeträger | Gute Kühlung der PV-Zellen und Gewinnung von Niedertemperaturwärme; kann auch Umgebungswärme aufnehmen | Vor allem als Wärmequelle für Wärmepumpen, zur Regeneration von Erdsonden oder Speichern sowie zur Schwimmbadheizung |
| Verglaste PVT-Module | PV-Modul und Wärmeabsorber mit zusätzlicher transparenter Abdeckung und Wärmedämmung | Geringere Wärmeverluste und dadurch höhere nutzbare Temperaturen als bei unverglasten Modulen | Warmwasserbereitung, Heizungsunterstützung und Anwendungen mit höherem Temperaturniveau |
| Luftgekühlte PVT-Module | Hinter dem PV-Modul befinden sich Luftkanäle; Luft nimmt die Wärme der Module auf | Kühlt die PV-Zellen und stellt gleichzeitig erwärmte Luft bereit; kein Frostschutz für einen Flüssigkeitskreislauf erforderlich | Lüftungsanlagen, Luftvorwärmung, Gebäudeheizung und Trocknungsprozesse |
| Vakuum-PVT-Module | Kombination von PV-Zellen bzw. PV-Laminat mit thermisch isolierten Vakuumröhren | Sehr geringe Wärmeverluste und dadurch vergleichsweise hohe nutzbare Temperaturen | Warmwasser, Heizungsunterstützung und Anwendungen mit erhöhtem Wärmebedarf |
| Konzentrierende PVT-Module (CPVT) | Spiegel oder Linsen bündeln die Sonnenstrahlung auf kleinere PV- und Absorberflächen | Hohe Energieausbeute auf kleiner Absorberfläche und Erzeugung höherer Temperaturen möglich | Vor allem Gewerbe, Industrie und Prozesswärme sowie spezielle Großanlagen |
Geht es um den praktischen Einsatz, kommen heute vor allem PVT-Anlagen mit unverglasten und flüssigkeitsgekühlten Modulen zum Einsatz. Verglaste PVT-Module sind ebenfalls verfügbar, aber weniger verbreitet. Das Gleiche gilt für Module mit Luftkanälen auf der Rückseite, die eher bei der Beheizung von Hallen oder größeren Einheiten infrage kommen. Vakuum- und CPVT-Module finden sich in der Praxis hingegen seltener und kommen, wenn, dann eher im gewerblichen Bereich zum Einsatz.
Leistung der PVT-Solarmodule hängt von der Einstrahlung ab
Wie viel Strom und Wärme ein hybrides Solarmodul liefert, lässt sich nicht pauschal beurteilen. Denn das hängt unter anderem von der Ausrichtung, der Neigung, der Verschattung und von der Einstrahlung ab. Nicht zuletzt spielt auch die Qualität der Module selbst eine große Rolle. Üblich sind aber etwa 215–245 Wp/m² Strom und 450–600 W/m² Wärme, wie die folgende Tabelle zeigt.
| Kennwert | Typischer Bereich aktueller PVT-Module | |
|---|---|---|
| Elektrische Leistung je Modul | ca. 425–485 Wp | |
| Elektrische Leistung je m² | ca. 215–245 Wp/m² | |
| Thermische Leistung je Modul | ca. 900–1.200 W | |
| Thermische Leistung je m² | ca. 450–600 W/m² | |
| Gesamtleistung bei guter Einstrahlung | ca. 670–850 W/m² |
Wichtig zu wissen: Die Angaben in der Tabelle verstehen sich als Richtwert. Reale Angaben können abhängig vom Modul und dessen Qualität abweichen. Ausschlaggebend sind daher immer die Herstellerunterlagen.
PVT-Wärmepumpe kombiniert drei Systeme in einer Anlage
Eine ganz besondere PVT-Anlage stellt die PVT-Wärmepumpe dar. Diese besteht aus flüssigkeitsgekühlten Modulen auf dem Dach und einer Wärmepumpeneinheit im Haus. Wärmen sich die Kollektoren beim Stromerzeugen auf, transportiert ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel (Sole) die thermische Energie zur Wärmepumpe. Diese macht die Wärme zum Heizen nutzbar. Abhängig von Auslegung und Betriebsbedingungen kann die Wärmepumpe dabei von günstigen Quellentemperaturen profitieren und effizient arbeiten.
Wärmepumpe funktioniert auch bei zweistelligen Minusgraden
Da Außenluft die PVT-Module auch im Winter umspült, kann die Sole ganzjährig Wärme aufnehmen. Das funktioniert sogar dann, wenn Schnee auf den Kollektoren liegt, oder dann, wenn die Außentemperatur auf zehn Grad minus oder darunter absinkt. Reicht die Leistung der Wärmequelle zeitweise nicht aus, kann ein elektrischer Heizstab die Wärmepumpe unterstützen.
Übrigens: Eine PVT-Wärmepumpe versorgt Ihr Haus bei passgenauer Auslegung allein. Sie benötigen keine zusätzlichen Wärmeerzeuger. Während die Anlagen durch die höheren Temperaturen am Kollektor in der Regel effizienter arbeiten als Luft-Wasser-Wärmepumpen, liegen ihre Erschließungskosten unter denen von Sole- oder Erdwärmepumpen. Sie benötigen zudem keine Außeneinheiten und auch Strömungsgeräusche, die für Luft-Wasser-Wärmepumpen üblich sind, bleiben mit einer PVT-Wärmepumpe aus.
Vorteile und Nachteile von PVT-Kollektoren auf dem Hausdach
Ein großer Vorteil der Hybrid-Solarmodule ist die beschriebene Kühlung der Solarzellen. Denn diese lässt den Wirkungsgrad steigen und führt damit auch zu einem höheren Ertrag. Günstig ist darüber hinaus auch die optimale Flächenausnutzung. Denn anders als bei konventionellen Systemen teilen sich Photovoltaik und Solarthermie mit PVT-Kollektoren jeden Quadratmeter Dachfläche. Zudem bieten Hybridkollektoren optisch Vorteile. Sie verfügen über eine einheitliche Oberfläche und lassen sich so bestmöglich in bestehende Dachstrukturen integrieren.
Nachteil: Einsatz der PVT ist nicht immer wirtschaftlich
Nachteilig ist vor allem der Preis der Photothermie, der in der Regel über dem von Solar- oder Photovoltaikmodulen liegt. Durch diesen lassen sich hybride Solarzellen nur unter bestimmten Voraussetzungen wirtschaftlich einsetzen. Ein weiterer Nachteil: Die Photovoltaik-Solarthermie-Kombimodule liefern Wärme mit einem geringeren Temperaturniveau. Vor allem in Wohngebäuden lässt sich die Energie dabei nicht immer sinnvoll verwenden. Kommen gedämmte Solar-Hybridkollektoren zum Einsatz, bei denen Solarzellen und Solarleitungen in einem isolierten Kasten sitzen, führt das unter Umständen sogar zu einer sinkenden Effizienz. Denn die Luft kann sich dann nicht abkühlen und der Wirkungsgrad der Solarzellen sinkt.
Vorteile und Nachteile der hybriden Module auf einen Blick
Die folgende Tabelle zeigt, wo bei einem Hybridkollektor die größten Vor- und Nachteile liegen.
Hybridkollektor Vorteile | Hybridkollektor Nachteile |
|---|---|
Kühlung der Solarzellen und Steigerung des Wirkungsgrades bei ungedämmten und offenen Photothermie-Anlagen | Anschaffungskosten der Hybridkollektoren sind höher als bei Photovoltaik- oder Solarthermie-Kollektoren |
optimale Flächenausnutzung, da sich PV und Solarthermie jeden Quadratmeter teilen | Wärme aus dem Solar-Hybridkollektor hat nur geringes Temperaturniveau (nicht überall nutzbar) |
auf vielen Gebäuden unauffällig einsetzbar, durch einheitliche Oberfläche | im gedämmten Kasten kann die Temperatur steigen, wodurch der PV-Wirkungsgrad sinkt |
Förderung bei Einsatz von PVT-Kollektoren als Wärmeerzeuger oder Wärmequelle für Wärmepumpen |
|
In diesen Bereichen lohnen sich innovative Photothermie-Anlagen
Grundsätzlich lassen sich PVT-Kollektoren überall dort einsetzen, wo Wärme und Strom benötigt wird. In Nichtwohngebäuden kommt die thermische Energie dabei technischen Prozessen zugute. Sie lässt sich zur Warmwasserbereitung einsetzen oder zur Unterstützung der Heizung nutzen. Möglich ist das jedoch nur, wenn die gewonnene Wärme mit einem Temperaturniveau von bis zu 60 Grad Celsius technisch nutzbar ist und größtenteils auch genutzt wird. Denn andernfalls sind die Einsparungen unter Umständen zu gering, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen.
PVT-Module und Wärmepumpe als effiziente Kombination
In kleineren Gebäuden ist der Wärmebedarf vor allem im Sommer so gering, dass sich die Mehrkosten der Hybridkollektoren nicht immer lohnen. Anders verhält es sich allerdings, wenn Sie die Photothermie-Anlage mit einer Wärmepumpe kombinieren. Dann nutzt letztere die von den hybriden Solarzellen gewonnene Wärme als Energiequelle. Die Wärmepumpe arbeitet effizienter, verbraucht weniger Strom und deckt einen Teil des eigenen Bedarfs mit dem selbst geernteten Solarstrom.
Wissenswert: Hybridmodule können neben warmem Wasser auch warme Luft liefern. Diese lässt sich entweder von einer Lüftungsanlage oder einer Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzen, um die Temperatur der Außenluft vorzuwärmen. Das führt zu einer geringeren Temperaturdifferenz und dazu, dass die Systeme günstiger arbeiten.
Besonders günstig: PVT-Module und Wärmepumpe für das Erdreich
Kombinieren Sie Photothermie mit einer Erdwärmepumpe, ist der Effizienzvorteil besonders groß. Denn überschüssige Wärme lässt sich dann im Sommer in den Erdboden einlagern. Das funktioniert mit Sonden oder Flachkollektoren und führt dazu, dass die Erdreichtemperatur steigt. Sole-Wasser-Wärmepumpen arbeiten dadurch effizienter und verbrauchen weniger Strom. Ein Umstand, durch den auch Ihre Heizkosten sinken.
Kosten und Fördermittel der PVT-Anlagen
Wie viel PVT-Module kosten, lässt sich nicht pauschal beurteilen. Denn die Preise hängen in der Regel von der Bauart, der Größe und der Menge der Kollektoren ab. Geht es um kleine und mittlere Anlagen für Ein- und Zweifamilienhäuser, können Sie mit Ausgaben von etwa 350 bis 450 Euro pro Quadratmeter für die Solarmodule rechnen. Während höhere Stückzahlen zu geringeren Preisen führen, ist die Kombination mit einer Wärmepumpe in der Regel kostenintensiver. Grund dafür ist die zusätzlich nötige Wärmepumpentechnik. Möchten Sie eine PVT-Anlage oder eine PVT-Wärmepumpe kaufen, empfehlen wir Ihnen die individuelle Beratung durch einen Fachbetrieb. Dieser kann dann auch einen verbindlichen Preis kalkulieren.
Staatliche Förderung der Photothermie mit PVT-Module
Während Fördermittel für die Photovoltaik rar sind, gibt es staatliche Unterstützung für alle, die PVT-Module auf dem eigenen Dach installieren. Werden diese als Wärmeerzeuger oder Wärmequelle für Wärmepumpen eingesetzt, erhalten Sanierer von mindestens fünf Jahre alten Häusern einen Zuschuss. Besonders hoch fällt dieser aus, wenn Sie sich für eine PVT-Wärmepumpe entscheiden. Alle Details zur Förderung und aktuelle Konditionen finden Sie in unserem Förderüberblick.
FAQ: Häufig gestellte Fragen zu PVT-Solarmodulen und -Anlagen
Was ist ein PVT-Modul?
Ein PVT-Modul kombiniert Photovoltaik und Solarthermie in einem Bauteil. Solarzellen auf der Vorderseite erzeugen Strom, während Leitungen oder Luftkanäle auf der Rückseite Wärme aufnehmen und für Heizung, Warmwasser oder andere Anwendungen bereitstellen.
Wie viel Strom und Wärme erzeugt ein Hybridmodul?
Die Leistung hängt unter anderem von Einstrahlung, Ausrichtung, Neigung und Modultechnik ab. Typische aktuelle PVT-Module erreichen etwa 215 bis 245 Wp elektrische Leistung und 450 bis 600 W thermische Leistung pro Quadratmeter. Die tatsächlichen Werte können jedoch deutlich von diesen Richtwerten abweichen.
Lohnt sich eine PVT-Anlage für ein Einfamilienhaus?
Das hängt vor allem davon ab, ob Sie neben dem erzeugten Strom auch die Wärme sinnvoll nutzen können. Besonders interessant kann PVT sein, wenn wenig Dachfläche zur Verfügung steht oder Sie die Module mit einer Wärmepumpe kombinieren.
Wie funktioniert eine PVT-Wärmepumpe?
Bei dieser Kombination nimmt eine Flüssigkeit die Wärme der PVT-Module auf und transportiert sie zur Wärmepumpe. Diese hebt das Temperaturniveau an und stellt die Energie anschließend zum Heizen bereit. Gleichzeitig erzeugen die Solarzellen Strom, der unter anderem die Wärmepumpe versorgen kann.
Funktionieren PVT-Module auch im Winter?
Ja. Flüssigkeitsgekühlte PVT-Module können neben der Sonnenenergie auch Wärme aus der Umgebung aufnehmen. Dadurch können sie einer Wärmepumpe selbst bei niedrigen Außentemperaturen als Wärmequelle dienen.
Was kosten PVT-Module?
Die Kosten hängen von Bauart, Größe und Anzahl der Module ab. Für kleine und mittlere Anlagen nennt der Beitrag als Orientierung etwa 350 bis 450 Euro pro Quadratmeter. Bei einer PVT-Wärmepumpe kommen die Kosten für die zusätzliche Wärmepumpentechnik hinzu.
Welche Nachteile haben die Solarmodule?
PVT-Module kosten in der Regel mehr als reine Photovoltaik- oder Solarthermiemodule. Hinzu kommt, dass die gewonnene Wärme teilweise nur ein niedriges Temperaturniveau erreicht. Können Sie diese Wärme nicht ausreichend nutzen, lohnt sich der zusätzliche technische und finanzielle Aufwand unter Umständen nicht.
Fazit von Alexander Rosenkranz
PVT-Kollektoren wandeln die kostenfreie Strahlung der Sonne in Strom und Wärme um. Sie sorgen dabei in der Regel für eine höhere Effizienz als Einzelanlagen und nutzen vorhandene Flächen besser aus. Ob sich die Hybridkollektoren der Photothermie lohnen, hängt jedoch von den individuellen Einsatzbedingungen ab. Nur dann, wenn sich die gewonnene Wärme sinnvoll in der Anlage nutzen lässt, übersteigen die Einsparungen die angefallenen Ausgaben. In Ein- und Zweifamilienhäusern rechnet sich dabei die Kombination aus PVT-Modulen und Wärmepumpe, für die es eine attraktive Förderung gibt.