Wann lohnen sich Solar-Hybrid- & PVT-Kollektoren?

Photovoltaik-Module wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um. Steigt wie im Sommer die Umgebungstemperatur, so sinkt jedoch ihr Wirkungsgrad. Eine Möglichkeit der Kühlung bieten Hybridkollektoren, die die am Modul auftretende Wärme abführen und so nutzbar machen. Daher nennt man sie auch Photovoltaik-Thermie-Kollektoren - kurz: PVT-Kollektoren. Durch die Kombination wird die Stromausbeute erhöht und eine neue Wärmequelle erschlossen. Aber sind hybride Kollektoren wirklich effizienter als eine Dachanlage mit einer Kombination aus reinen Solarthermiekollektoren und PV-Modulen? Dieser Frage gehen wir hier nach und zeigen Ihnen Lösungsmöglichkeiten auf, wie die Abwärme der hybriden Kollektoren effizient genutzt werden kann.

Technisch, energetisch als auch wirtschaftlich ist es beim Einsatz von Hybridkollektoren entscheidend, die Wärme- und Stromproduktion eines Kollektors bzw. Moduls so abzustimmen, dass das Kombi-System gegenüber der Addition der Einzeltechnologien klare Vorteile bringt. Um einen höheren Strom-Wirkungsgrad zu erzielen, ist es daher vor Allem entscheidend, dass die anfallende Wärme auch genutzt wird.

Einsatz bei größeren Wärmeabnehmern

Daher sind Hybridkollektoren in Schwimmbädern, Kliniken oder auch Hotelanlagen bereits erfolgreich im Einsatz. So kann rückseitig per Luftabsorber das Modul gekühlt werden und diese Luftwärme zur Reduktion des Energiebedarfsvon Lüftungsanlagen eingesetzt werden. Neben der Unterstützung von Heizung und Klimatisierung können Hybridkollektoren auch zur Bereitstellung von Prozesswärme und Prozesskälte für Industrie- und Gewerbebetriebe eingesetzt werden.

Einsatz bei kleineren Wärmeabnehmern

In einem Privathaushalt hingegen ist der Bedarf an Wärmeenergie im Sommer eher gering. Würde man lediglich einen Pufferspeicher als Wärmespeicher nutzen, so könnte an sonnenreichen Tagen die Wärme der Hybridkollektoren nicht mehr abgeführt werden und der Wirkungsgrad der Solarzellen würde sinken. Um die Wärmeenergie der Hybridkollektoren sinnvoll nutzen zu können, werden daher in Privathaushalten häufig Sole- als auch Luft-Wasser-Wärmepumpen mit den Photovoltaik-Thermie-Kollektoren gekoppelt.

Da sich die am Modul entstehende Umgebungstemperatur auf rund 60°C erhitzt wird, finden sich hier Arbeitstemperaturen vor, die ideal für den Einsatz einer Sole-Wasser-Wärmepumpe sind. Die direkt am Photovoltaik-Panel entlang fließende Trägerflüssigkeit führt Wärme ab und erhöht durch die daraus resultierende Kühlung des PV-Moduls gleichzeitig dessen Wirkungsgrad. Die erwärmte Trägerflüssigkeit wird dann entweder direkt oder mit Hilfe einer Sole-Wasser-Wärmepumpe wahlweise zur Heizungsunterstützung oder für die Warmwasserbereitung zur Verfügung gestellt. Die für diesen Vorgang von der Wärmepumpe benötigte Elektroenergie kann teilweise mit Solarstrom erzeugt werden. Denkbar ist zudem eine solarthermische Erdreichregeneration wie bei dem Prinzip der Solar-Wärmepumpen. Neben der elektrischen Stromeinsparung an der Wärmepumpe können Erdwärmsonden so beispielsweise schneller regeneriert und sogar "aufgeladen" werden oder bei geringerem Sondenabstand ein langfristiges Abkühlen vermieden werden.

Experten gehen davon aus, dass die Nutzung von Solar-Hybridkollektoren in den kommenden Jahren sowohl im gewerblichen als auch privaten Bereich einen wachsenden Stellenwert einnehmen wird. Der Ansatz, nicht nur die Lichtenergie zu nutzen, sondern auch die Wärmeenergie macht aus primärenergetischer und ökologischer Sicht in jedem Fall Sinn. Plant man eine neue PV-Anlage, sollte man sich daher auch eingehend mit der Option Wärmepumpe und Solar-Heizung auseinandersetzen. Im Idealfall kann man mit dem richtigen Konzept nicht nur den Haushalt mit Strom versorgen, sondern auch gleich noch die Wärmeversorgung abdecken.

Das gesamte Projekt der ökologischen Energiegewinnung wird durch den dualen Einsatz jedoch auch entsprechend umfangreicher. Aus der Kostenperspektive gilt es daher, die mögliche Kostenersparnis beim Heizenergieverbrauch für Warmwasser und der Heizung genau zu erfassen und den mit den hybriden Kollektoren verbundenen Mehrkosten gegenüberzustellen. Zudem sollte darauf geachtet werden, dass man einen Anbieter wählt, der ein technisch aufeinander abgestimmtes und bereits in der Praxis bewährtes System anbietet. Ansonsten drohen aufgrund der Komplexität des Hybridsystems später höhere Wartungs- und Reparaturkosten.