PVT-Kollektor vereint Solarthermie und Photovoltaik

  • von Alexander Rosenkranz
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Wärme und Strom: Wer beide Energieformen mit nur einem System gewinnen möchte, kann dazu auf moderne PVT-Kollektoren setzen. Diese bestehen aus Solarmodulen sowie wasser- oder luftführenden Leitungen, um die kostenfreie Strahlung der Sonne bestmöglich auszunutzen. Wie das funktioniert und für wen sich ein Hybridkollektor lohnt, darüber informieren wir in den folgenden Abschnitten. 

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Hybridkollektoren wandeln Sonnenlicht in Strom und Wärme um

Geht es um die Nutzung solarer Strahlungsenergie, stehen heute grundsätzlich zwei Systeme zur Auswahl: Während die Photovoltaik das Sonnenlicht zur Stromerzeugung nutzt, wandelt die Solarthermie Strahlung in Wärme um. Ein PVT-Kollektor verbindet beides in einem Hybrid-Solarmodul:

  • Vorderseite: Hier besteht er aus effizienten 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.  

Solarthermie kühlt die Photovoltaik  

Durch den speziellen Aufbau der PVT-Kollektoren führt die Solarthermie Wärme von den Solarzellen ab. Sie kühlt Letztere und sorgt auf diese Weise für einen höheren Wirkungsgrad der Stromgewinnung. Begründen lässt sich das mit dem Widerstand der Solarzellen. Dieser steigt mit der Temperatur an, was im Normalfall zu einer geringeren Leistung führt. Hybridkollektoren beugen dem vor und sorgen im Sommer nicht nur für nutzbare Wärme, sondern auch für einen höheren Ertrag an Solarstrom.

Wissenswert: Experten schätzen, dass der Wirkungsgrad der Photovoltaik pro Grad Celsius Temperaturanstieg um 0,35 bis 0,45 Prozent sinkt.  

Verschiedene Bauarten von PVT-Kollektoren  

Der oben beschriebene Aufbau kennzeichnet den aktuellen Stand der Technik, wie er heute von verschiedenen Herstellern angeboten wird. Neben diesem gibt es weitere Ausführungen. So stehen auch Solar-Hybridkollektoren zur Wahl, die Solarthermie und Photovoltaik auf einer Ebene miteinander verbinden. Möglich ist das mit einem gedämmten Kasten, an dessen Oberfläche Solarzellen und Absorber für die Solarthermie nebeneinander angeordnet sind. Infrage kommt diese Variante vor allem dann, wenn die Wärmeerzeugung im Vordergrund steht oder hohe Temperaturen gefragt sind. In allen anderen Fällen eignen sich die oben beschriebenen PVT-Kollektoren besser.  

Rammy_Rammy / shutterstock.com

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.

Staatliche Förderung der PVT-Kollektoren

Während Fördermittel für die Photovoltaik rar sind, gibt es staatliche Unterstützung für alle, die PVT-Kollektoren auf dem eigenen Dach installieren. Werden diese als Wärmeerzeuger oder Wärmequelle für Wärmepumpen eingesetzt, erhalten Sanierer mindestens fünf Jahre alter Häuser einen Zuschuss. Wie sich dieser zusammensetzt und wie die Förderung für Hybrid-Solarmodule zu beantragen ist, erklären wir in unserem Förderüberblick.

Einsatz nicht immer wirtschaftlich

Nachteilig ist vor allem der Preis, 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.

Vor- und Nachteile im Überblick

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 Hybridkollektoren

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 Hybrid-Solarmodule

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 PVT-Module 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 Hybridkollektoren 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.

Fazit von Alexander Rosenkranz

PVT-Kollektoren wandeln die kostenfreie Strahlung der Sonne in Strom und Wärme um. Sie sorgen dabei für eine hohe Effizienz und nutzen vorhandene Flächen optimal aus. Ob sich die Hybridkollektoren 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 lohnt sich dabei die Kombination aus PVT-Modulen und Wärmepumpe, für die es eine attraktive Förderung gibt.

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