PVT-Module: Technik, Einsatz & Kosten von Hybridmodulen

• Was sind PVT Module? PVT (Photovoltaik-Thermische Module) steht für hybride Solarsysteme, die sowohl Strom als auch thermische Energie erzeugen.
• Wie funktionieren Hybrid Solarmodule? Sie kombinieren Photovoltaikzellen zur Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität mit einem thermischen System, das die Abwärme der PV-Zellen nutzt, um Wärmeenergie für Heizungs- und Warmwasseranwendungen zu gewinnen.
• Wann lohnt sich der Einsatz von PVT-Modulen? In der Regel brauchen Privathaushalte im Sommer weniger Wärme und Warmwasser als im Winter. Besonders geeignet für PVT sind daher Anwendungen, bei denen Wärme das ganze Jahr über durchgehend benötigt wird. Beispielsweise Schwimmbäder, klinische Einrichtungen oder Hotelanlagen. Auch bei Mehrpartei-Häusern kann der Einsatz einer Hybrid Solaranlage vorteilhaft sein, wenn auf wenig Platz besonders energieeffizient geplant werden soll. Eine sehr lohnender Ansatz ist die Kombination einer PVT-Anlage mit einer Erdwärmepumpe als "heiße Quelle". Auch zur Fassadendämmung werden PVT-Module eingesetzt.
• Inwiefern haben PVT-Module Nachteile? Zunächst rentiert sich die Investition in PVT-Module nur, wenn ein ganzjährig hoher Wärmebedarf besteht, was in Privathaushalten selten vorkommt. Außerdem ist die elektrische Leistung von PVT-Modulen mit rund 190 W_p pro m² geringer als die von reinen Photovoltaikanlagen, die bis zu 260 W_p pro m² liefern. Auch die thermische Leistung bleibt mit etwa 440 W pro m² hinter reiner Solarthermie zurück, die etwa 550 W pro m² erreicht.
• Was kostet hybride PVT? Der Preis für PVT-Module schwankt je nach Hersteller zwischen 350 – 400 Euro pro m². Das macht eine PVT-Anlage tendenziell teurer in der Anschaffung als eine PV-Anlage, ist aber günstiger als reine Solarthermie.
• Förderungen nutzen: der hybride Nutzen von PVT macht doppelte Förderung möglich! Grund dafür ist die Solarthermie, die Sie für BAFA-Zuschüsse qualifiziert. 30% der Anschaffungskosten für PVT-Kollektoren werden bezahlt. Erfolgt die Anschaffung in Kombination mit einer Wärmepumpe, gibt es sogar höhere Zuschüsse. Hinzu kommt natürlich, wie bei herkömmlichen PV-Anlagen, die Einspeisevergütung für abgeführten PV-Strom ins öffentliche Netz.

Ein "normales" PVT-Modul (z.B. mit den Maßen 100 x 160 cm) besitzt eine elektrische Leistung von rund 250 Watt Peak (Wp). Der thermische Solarabsorber leistet zusätzlich eine durchschnittliche Wärmeleistung von 300 Watt (W) und schwankt zwischen 100 und 500 W je nach Solareinstrahlung.

Die Leistung von z. B. kristallinen Modulensinkt mit steigender Temperatur pro Grad Celsius um rund 0,5 Prozent. Steigt die Modul-Temperatur auf etwa 130 Grad, so liefern kristalline Module nur noch die Hälfte des möglichen Solarstromertrags. Durch die Kühlung des PV-Moduls kann sich der Wirkungsgrad des Moduls durchschnittlich um ca. 10 Prozent verbessern.

Beim Einsatz von PVT-Modulen ist daher darauf zu achten, dass immer Wärme vom Modul abgeführt werden kann. Dies ist insbesondere in der Mittagszeit von Bedeutung, wenn der Solarthermie-Kollektoren bereits den Speicher gefüllt hat, der Wärmekreislauf stoppt und sich der Kollektor auf deutlich über 100 Grad erwärmt. Diese Konstellation kann dann dazu führen, dass die PV-Anlage mittags, während der eigentlich ertragsstärksten Zeit, nur noch etwa 20 Prozent ihrer Nennleistung erreicht.

Der Einsatz von Hybridmodulen bietet sich daher insbesondere in Anwendungsfällen an, in denen ganzjährig und insbesondere auch im Sommer Wärme benötigt wird. Dies sind z. B.

• öffentliche Schwimmbäder,
• medizinische Einrichtungen wie Kliniken und Krankenhäuser oder
• auch Hotelanlagen mit hohem Brauchwasserbedarf.

Denkbar ist der Einsatz dieser neuen Form der Kraft-Wärme-Kopplung in diesen Anwendungen auch in Kombination mit einem BHKW, das dann im Winter die Grundlastabdeckung des Wärme- und Strombedarfs sicherstellt und im Sommer nur bei Bedarf in Betrieb genommen wird. Ebenso können PVT-Anlagen auch zum klimatisieren und kühlen in Industrie- und Gewerbebetrieben zum Einsatz kommen.

Für Ein- und Mehrfamilienhäuser mit einem typischen Wärmebedarf von etwa 2000 Heizstunden im Jahr ergeben sich für eine Rentabilität der Anlage in thermischer Hinsicht dieselben Probleme wie bei der Entscheidung für oder gegen eine normale Solarthermie-Anlage.

Da die nutzbare Solarfläche auf Wohnhausdächern in der Regel größer ist als die zur Deckung des Wärmebedarfs erforderliche Kollektorfläche, ist es dann oft sinnvoll PV-Module und Solarthermie-Kollektoren oder PV-Module und PVT-Module miteinander zu kombinieren.

Neben diesen grundsätzlichen Einsatzbedingungen gibt es aber noch zwei spezielle Anwendungsformen, in denen sich Hybridmodule lohnen könnten:

Eine weitere Einsatzmöglichkeit von Hybridmodulen ist deren Integration in Häuserfassaden. Dort werden sie dann sowohl zur Solarstromproduktion eingesetzt und die anfallende Wärme als auch das Modul selbst konstruktiv zur Wärmedämmung der Fassade eingesetzt. Zudem können die PVT-Module auch hydraulisch eingebunden und zur Heizung, Kühlung oder Klimatisierung eingesetzt werden. Allerdings ist der Einsatz von hybriden PVT-Modulen als Fassadenelemente noch relativ kostenaufwändig und lässt sich selten durch den energetischen Mehrertrag decken.

Durch eine Kombination der Funktionen Solarstrom & Solarwärme verbrauchen PVT-Kollektoren wesentlich weniger Fläche bei ähnlicher Energieausbeute. So können bei der Montage der Anlageauch Installationskosten im Gegensatz zur Einzelmontage reduziert werden. Auch optisch können PVT-Hybridmodule punkten: Während eine getrennte Installation auf dem Dach immer unterschiedlich wirkt, so bildet der Einsatz von Hybridmodulen eine homogene Dachflächenansicht.

Trotz dieser Vorteile können PVT-Module nicht immer sinnvoll eingesetzt werden. Denn für eine effiziente Nutzung wird vorausgesetzt, dass die Wärme auch genutzt werden kann. In einem Privathaushalt benötigt man aber gerade in den Sommermonaten kaum Wärme. Somit sind die sinnvollen Einsatzgebiete noch beschränkt.

Da in PVT-Modulen sowohl Flüssigkeiten als auch Strom in einem Bauteil fließen, bedürfen Hybrid-Module besonderer, genormter Sicherheits- und Qualitätsprüfungen (z. B. nach IEC 61215). In mit einer Glasscheibe abgedeckten PVT-Module können zudem sehr hohe Systemtemperaturen entstehen, die eine hohe Beanspruchung der verwendeten Materialien und Komponenten bedeuten und z. B. die Elektrik beeinträchtigen und schneller zur Anlagenabnutzung führen können.

Experten gehen davon aus, dass sich der Einsatz von PVT-Modulen auch als privat genutzte Dachanlage lohnen kann. Entscheidend dabei sind aber immer die individuellen Bedarfs- und Einsatzbedingungen. So stellt insbesondere die Kombination von Hybridmodulen mit einer Erdwärmeheizung eine Best-Practice-Lösung dar, die schon heute zu vertretbaren Investitionskosten angeschafft und langfristig niedrigen Kosten betrieben werden kann.

Der Vorteil einer solchen Kombination ist zudem, dass sich der Betreiber nicht auf eine Energieerzeugungsart festlegt und dementsprechend die Dachfläche belegt. So kann bei steigenden Heizkostenpreisen ein PV-Anlagenbetreiber bzw. ein Hausbesitzer, der sich nur für Solarthermie-Kollektoren entschieden hat, bei stark steigenden Strompreisen, langfristig insgesamt höhere Unterhaltskosten für seine Immobilie zahlen als bei Nutzung von Hybridmodulen.

Die Entscheidung für Hybrid-Module ist also auch eine in alle Richtungen gehende Absicherung gegen einseitig steigende Energiepreise. Wer sich daher für PVT-Hybrid-Module als Dachanlage entscheidet, der sollte aufgrund der komplexen Anwendungsbedingungen immer einen PV-Fachmann zu Rate ziehen, der im Vorfeld die technischen und wirtschaftlichen Einsatzbedingungen erkennen und beurteilen kann.