Hybridanlagen für Strom und Wärme von der Sonne
Die Frage „Strom ODER Wärme?“ mit Sonnenenergie stellt sich immer seltener. Es gibt nämlich auch Solaranlagen, die beides liefern können. Das Zauberwort heißt PVT, Photo-Voltaik-Thermie, bekannt auch als Solarhybrid. PVT-Module bestehen aus zwei übereinanderliegenden Schichten: oben die Solarzellen für die Stromgewinnung, unten die Kollektoren für die Wärmegewinnung. Lesen Sie, wie solare Hybridanlagen funktionieren, welche Vor- und Nachteile sie im Vergleich zu den einzelnen Komponenten haben und für wen sich die cleveren Kombis lohnen.
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Wie funktioniert eine Hybridanlage?
PVT-Anlagen machen sich die unterschiedlichen Frequenzen der Sonnenstrahlen zunutze. Der für den Menschen sichtbare Anteil des elektromagnetischen Spektrums ist das Licht- oder Farbspektrum: Von violett über blau, grün, gelb, orange bis dunkelrot hat es eine Wellenlänge von 400 bis 680 Nanometern (nm). Unterhalb und oberhalb dieser Skala ist die Strahlung für Menschen unsichtbar. Sehr kurzwellige Strahlung beginnt bei „ultraviolett“ (UV), sehr langwellige bei „infrarot“ (IR). Photovoltaik wandelt geeignete Anteile der Sonnenstrahlung in Strom um; Solarthermie nutzt absorbierte Sonnenstrahlung als Wärme.
Und was bedeutet das?
- Photovoltaik: Sonnenlicht enthält winzige Energiepakete, die Photonen. Treffen diese auf das PV-Modul, kommt es zu einem Prozess, bei dem die zur Stromnutzung notwendige Spannung erzeugt wird.
- Solarthermie: Physikalisch gesehen ist diese Technik deutlich simpler. Die Sonnenstrahlen erwärmen lediglich die in den Kollektoren befindliche Solarflüssigkeit, die dann über ein Transportsystem zum jeweiligen Verbraucher geleitet wird.
Die beiden Technologien in einem Bauteil zu vereinen, ist relativ unkompliziert. Für die Nutzung der gewonnenen Energien werden allerdings Systeme mit unterschiedlichen Bauteilen benötigt: mit dem Wechselrichter für die elektrische Energie und mit dem Wärmetauscher für die thermische Energie. Da Energiegewinnung und Energieverbrauch selten gleichzeitig stattfinden, braucht das Anlagensystem auch zwei unterschiedliche Speicheranlagen: einen Stromspeicher und einen Wärmespeicher.
Das benötigt Platz und erfordert höhere Ausgaben. Auf der anderen Seite führt die Aufgabenteilung in der Regel zu einer verbesserten Leistung des Moduls. Da die bei der Stromgewinnung schädliche Wärme abgeführt werde, könne der PV-Ertrag je nach System messbar gesteigert werden, so die Angaben der Hersteller.
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Wann ist die Anschaffung einer PVT-Anlage sinnvoll?
Die Kombination zweier Technologien ist durchaus ähnlich wie bei einem Hybridfahrzeug. Je nach Bedarf wird die eine oder andere Variante genutzt. Bei der Solaranlage auf dem Dach ist ein Hybridmodell in vielen Fällen sinnvoll:
- Das Hausdach ist optimal ausgerichtet und geneigt. Die Sonne soll sowohl elektrische als auch thermische Energie (Strom und Wärme) liefern, doch für zwei solare Anlagen reicht die Installationsfläche nicht aus.
- Das Haus steht in einer Region mit außergewöhnlich hoher Sonnenstrahlung. Je mehr Sonnenstunden eine Gegend verzeichnet, desto effizienter können beide Systeme arbeiten. Hybridanlagen sind besonders vorteilhaft: Die Photovoltaik-Schicht wird weniger aufgeheizt, weil die Solarthermie-Schicht den Großteil der Sonnenwärme auffängt und ableitet.
- Im Winter gibt es einen häufigen Wechsel von Sonnenschein und Schneefall. Ob Schmutz oder Schnee: Alle Ablagerungen auf einem PV-Modul bedeuten Verschattung und mindern damit den Ertrag. Die Wärme der Solarthermie-Ebene sorgt dafür, dass auf der PV-Ebene der Schnee schneller abtaut.
- Gerade im Sommer ist der Warmwasserbedarf hoch. Poolbesitzer wissen, wie teuer das Aufheizen des Wassers mit strombetriebenen Geräten sein kann. Solarthermie ist hier eine clevere Lösung: Damit kann das Wasser im Außenbecken kostensparend angenehm temperiert werden.
Fokus Strom oder Fokus Wärme?
Gängige PVT-Anlagen arbeiten mit einem flüssigen Wärmeträger, der sogenannten Solarflüssigkeit, auch Solarfluid oder Solarliquid. Je nachdem, welche Energie bevorzugt wird, fällt die Entscheidung für ein System mit abgedeckten oder mit offenen PVT-Kollektoren.
- Abgedeckte Hybridkollektoren: Bei abgedeckten PVT-Kollektoren ist eine zusätzliche transparente Abdeckung vor der absorbierenden Fläche gemeint; darunter kann eine Luft- oder Gasschicht liegen, die die Wärme vom PV-Element abschirmt. Dies steigert die Wärmeausbeute, senkt dafür aber die Stromausbeute.
- Offene Hybridkollektoren: Um den Unterschied zu den abgedeckten Kollektoren zu betonen, werden die offenen Systeme auch unter „nicht-abgedeckte“ oder „unabgedeckte“ Kollektoren geführt. Bei offenen Hybridkollektoren ohne Luftschicht kann sich keine Wärme stauen. Damit liegt bei diesem System der Fokus auf der Stromgewinnung. Diese PVT-Kollektoren dominieren den Markt.
Neben Wasser kommt auch Luft als Wärmeträger infrage. Luftgeführte PVT-Kollektoren arbeiten mit Ventilatoren statt Zirkulationspumpen. Ziel ist hierbei die Erwärmung der Raumluft statt des Brauchwassers. Wie bei den flüssigkeitsgeführten Kollektoren gibt es zwei Ausführungen: Bei der einen wird einzig der Ventilator mit Solarstrom aus den Photovoltaikzellen betrieben, bei der anderen kühlt der Luftzug zugleich die Zellen etwas herunter. Bei der zweiten Variante steigt der Wirkungsgrad der PV-Zellen – und damit auch der Stromertrag.
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Welche Leistung bringen Hybridkollektoren?
Die elektrische Leistung (Wattpeak Wp, auch Wel) und die thermische Leistung (Watt W, auch Wth) werden bei Hybridkollektoren immer separat angegeben. Moderne Hybridmodule haben eine Bruttofläche von rund 2 m² bis 2,4 m² (typische Marktangebote etwa 1,95 bis 2,41 m²) und liefern je nach Hersteller rund 410 bis 500 Wp elektrische Spitzenleistung. Die thermische Spitzenleistung liegt je nach Bauart und Betriebsbedingungen meist zwischen 500 und 900 W pro Modul.
Was kostet eine PVT-Anlage?
Die Kosten richten sich nach der Anzahl der installierten Kollektoren und nach der gewählten Wärmequelle. Eine typische Standardauslegung für ein Haus nach EH55-Standard mit etwa 160 m² beheizter Fläche umfasst rund 10 PVT-Kollektoren. Die Investitionskosten für ein komplettes System inklusive Sole-Wärmepumpe, Pufferspeicher und Installation liegen nach veröffentlichten Anbieter- und Projektangaben grob bei rund 40.000 bis 55.000 Euro brutto; je nach Systemgrenze können auch Angebote ab etwa 35.000 Euro oder darüber auftreten. Der genaue Preis hängt stark von Anlagengröße, Wärmepumpenleistung, Speichervolumen und Gebäudezustand ab – ein individuelles Angebot vom Fachbetrieb ist daher unverzichtbar.
Vor- und Nachteile von Hybridkollektoren
| Vorteile von PVT | Nachteile von PVT |
|---|---|
|
|
PVT als Wärmequelle für die Wärmepumpe
Im privaten Bereich ist die Kombination von PVT-Kollektoren mit einer Wärmepumpe heute der mit Abstand häufigste Anwendungsfall für Hybridmodule. Während klassische Solarthermie hohe Temperaturen für die direkte Warmwasser- und Heizungsnutzung anstrebt, liefern unabgedeckte PVT-Kollektoren bewusst niedrigere Temperaturen. Genau diese sind ideal als Wärmequelle für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe geeignet. Spezialisierte Hersteller wie Consolar oder DualSun haben ihre Hybridmodule explizit für diesen Einsatzzweck entwickelt.
Diese Konstellation bietet mehrere Vorteile gegenüber einer reinen Photovoltaik- oder Solarthermie-Lösung:
- Die PVT-Module ersetzen aufwändige Erdbohrungen oder Erdkollektoren als Wärmequelle. Das spart Tiefbau, behördliche Genehmigungen und Platz im Garten.
- Die Wärmepumpe arbeitet auch ohne direkte Sonne effizient, weil unabgedeckte PVT-Kollektoren zusätzlich Umgebungswärme aus der Luft aufnehmen – auch nachts und im Winter.
- Der erzeugte Solarstrom kann direkt die Wärmepumpe versorgen, was den Eigenverbrauch erhöht und Netzstrom-Bezug reduziert.
- Bei Erdwärmepumpen mit Erdsonden kann überschüssige Sommerwärme ins Erdreich abgeleitet werden („Sondenregeneration“), was die Jahresarbeitszahl langfristig stabilisiert.
Wichtig: PVT-Kollektoren sind nicht mit Luft-Wärmepumpen kompatibel. Sie funktionieren als Wärmequelle ausschließlich mit Sole-Wasser-Wärmepumpen (sogenannten Solewärmepumpen). Im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) sind PVT-Kollektoren förderfähig, wenn sie als Wärmeerzeuger (Solarthermie) oder Wärmequelle für Wärmepumpen eingesetzt werden; der PV-Anteil wird mit 1.500 €/kWp abgezogen. Die genaue Förderhöhe hängt von der Hauptmaßnahme (Heizungstausch) und ggf. anwendbaren Boni ab.
Fazit: Für wen lohnt sich eine PVT-Anlage?
PVT-Anlagen eignen sich im privaten Bereich vor allem, wenn sie gezielt in ein Wärmepumpen- oder Warmwasserkonzept eingebunden werden. Neben Gebäuden mit hohem Sommer-Wärmebedarf kommen auch Ein- und Mehrfamilienhäuser mit geplanter Sole-Wasser-Wärmepumpe infrage.
Clevere Kombinationen können aber auch auf Ein- und Mehrfamilienhäusern mit einem jährlichen Warmwasser-Wärmebedarf von etwa 2.000 kWh sinnvoll sein: Statt die gesamte Dachfläche mit PVT-Modulen zu belegen, empfiehlt sich die Kombination Hybridmodule und Photovoltaikmodule. So kann der Solarthermie-Teil die Warmwasserbereitung unterstützen und es steht mehr Platz für zusätzliche PV-Module zur Verfügung.
Wer eine Erdwärmepumpe hat oder plant, kann Solarkollektoren besonders effektiv nutzen: Im Sommer, wenn besonders viel Wärme produziert wird, kann das Zuviel in den Erdboden abgeleitet und dort gespeichert werden. Im Winter kommt die höhere Ausgangstemperatur der Wärmepumpe zugute. Sie benötigt weniger Antriebsenergie, sprich Strom, um ihre Aufgabe zu erfüllen.
Ob PVT für Ihre individuelle Situation passt, lässt sich erst nach einer konkreten Beratung beurteilen: Faktoren wie Dachausrichtung, Wärmebedarf, geplante Wärmepumpe und Förderfähigkeit hängen eng zusammen. Über die Fachbetriebssuche finden Sie qualifizierte Anbieter in Ihrer Region, die PVT-Systeme planen und installieren.
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