Wärme und Strom auf der gleichen Fläche erzeugen? Das klingt merkwürdig, ist jedoch möglich. Sogenannte PVT-Kollektoren nutzen die Energie der Sonne zur Erzeugung von Strom und von Wärme. In diesem Beitrag zeigen wir, wie diese Technologie funktioniert, wie sie in die Heizung eingebunden wird und in welchen Fällen sie sinnvoll ist.
Aufbau eines PVT Kollektors (Bildquelle: Selfmade Energy)
PVT-Kollektoren
Sie finden solarthermische Anlagen, die Wärme erzeugen und Photovoltaik-Anlagen, die Strom erzeugen, wenn Sie sich mit Solaranlagen auseinandersetzen. In Ihrem Haus benötigen Sie Strom und Wärme. In der Regel entscheiden Sie sich dann für eine PV-Anlage, die Strom für den Haushalt erzeugt, und lassen zusätzlich eine Luft-Wasser-Wärmepumpe für die Heizung installieren.
Eine Alternative sind die PVT- oder Hybridkollektoren. PVT bedeutet die Kombination aus Photovoltaik (PV) und Thermie (T), das heißt, diese Kollektoren erzeugen gleichzeitig Strom und Wärme.
Sie bestehen aus
einem PV-Modul auf der Vorderseite, das mit Hilfe der auftreffenden Sonnenstrahlen Strom erzeugt und
einem Kollektor (in offener oder geschlossener Bauweise) auf der Rückseite. Dieser nimmt die Wärme des PV-Moduls und der Umgebung auf und gibt sie über Rohre an einen Wärmespeicher oder eine Wärmepumpe ab.
Mit diesen Kollektoren wird kein zusätzlicher Platz für die Wärmeerzeugung auf dem Dach benötigt.
PVT Kollektor (Bildquelle: Selfmade Energy)
Strom aus den PV-Modulen wird, wie bei normalen PV-Anlagen, im Haushalt genutzt oder ins Netz eingespeist. Die Nutzung der Wärme, die auf der Rückseite der Module entsteht, hat den Vorteil, dass sich die Temperatur des Moduls reduziert, wodurch sein Wirkungsgrad leicht steigt.
Bei der Wärme ist die direkte Nutzung vergleichbar mit normalen Solarthermie-Anlagen. Diese Anlagen haben jedoch das Problem, dass die Wärme nur solange an den Speicher abgegeben werden kann, bis der Speicher gefüllt ist. Ist dies der Fall, steigt die Temperatur der Module und ihr Wirkungsgrad sinkt.
Heizsysteme mit PVT-Kollektoren und Wärmepumpen
Wie bei allen Photovoltaik-Anlagen wird der Strom, den die PV-Module erzeugen, im Haus verbraucht oder direkt ins Stromnetz eingespeist. Je nach Einsatz sind für die Nutzung der in den Kollektoren erzeugten Wärme unterschiedliche Anlagen-Kombinationen denkbar.
Einspeisung in einen Pufferspeicher für Warmwasser und Heizung Diese Konfiguration ist mit der klassischen Solarwärmenutzung vergleichbar. An heißen oder sonnenreichen Tagen wird die Wärme nur so lange gespeichert, bis der (Puffer-)Speicher gefüllt ist. Im Sommer, wenn im Haus nur wenig Wärme abgenommen wird, ist das sehr schnell der Fall. Dadurch steigt in dieser Zeit die Temperatur der Module, wodurch ihr Wirkungsgrad leicht sinkt.
Kombination mit Sole-Wasser-Wärmepumpe Werden die PVT-Kollektoren mit einer Wärmepumpe kombiniert, dient ihre Wärme als Quelle für die Wärmepumpe. Dadurch erhöht sich ihre Jahresarbeitszahl. Falls ausreichend Strom erzeugt wird, kann dieser für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt werden.
Kombination mit Erdwärme und Sole-Wärmepumpe Die Effizienz der Wärmepumpe kann durch eine Speicherung der Wärme im Erdreich erhöht werden. Ist die Verlegung von Erdkollektoren und die Bohrung von Erdsonden auf dem Grundstück möglich, kann eine saisonale Speicherung erfolgen. Im Winter dienen sie als zusätzliche Wärmequelle und im Sommer können sie zur passiven Kühlung des Gebäudes beitragen.
Vorteile der PVT-Kollektoren
Gegenüber klassischen Solartechnologien haben die PVT-Kollektoren eine Reihe von Vorteilen:
Die PVT-Anlage erzeugt gleichzeitig Strom- und Wärme und ist damit günstiger als die Installation einer PV-Anlage plus einer solarthermischen Anlage.
Auf der gleichen Fläche erzielen Sie einen Energieertrag, der bis zu viermal so hoch ist wie bei einer reinen PV-Anlage.
Das optische Erscheinungsbild auf dem Dach ist einheitlich.
Die Kühlung der Solarzellen durch die Abführung der Wärme erhöht ihren Ertrag.
Die Nutzung der Wärme aus den Kollektoren sorgt für eine höhere Effizienz der Wärmepumpe im Vergleich zur Wärmequelle Luft.
Die platzsparende Technik ermöglicht den Einsatz einer Wärmepumpe bei Sanierungen in eng bebauten Innenstädten.
Bei Häusern mit geringem Energiebedarf reichen PVT-Kollektoren als alleinige Wärmequelle für die Wärmepumpe.
Nachteile der PVT-Kollektoren
Der Einsatz von PVT-Kollektoren in Verbindung mit einer Wärmepumpe muss gut geplant werden, denn die Technologie hat auch Nachteile:
PVT-Kollektoren sind noch verhältnismäßig teuer, da die Massenfertigung dieser Technologie am Anfang steht.
Eine Kombination mit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe erhöht die Kosten der Wärmeversorgung.
In der Montage ist eine gute Abstimmung der Gewerke Elektro und Heizungsbau erforderlich, um Fehler zu vermeiden.
Der Stromertrag verringert sich, wenn die Wärme nicht genutzt werden kann.
Förderung
Im Rahmen der BEG-Heizungsförderung sind PVT-Kollektoren förderfähig, wenn sie als Wärmequelle für Wärmepumpen eingesetzt werden. Dazu gehören der Kauf und die Installation der Anlage. Dafür müssen die gesamten Kosten des Heizungssystems, inklusive Kollektoren und Wärmepumpe für die förderfähigen Kosten zusammengerechnet werden.
Die Förderung erfolgt im Rahmen eines Zuschusses, der maximal 70 % der förderfähigen Summe beträgt, höchstens jedoch 30.000 Euro.
Sie setzt sich zusammen aus
Grundförderung 30 %,
Klimageschwindigkeitsbonus 20 % und
Einkommensbonus 30 % für ein Haushaltsjahreseinkommen von maximal 40.000 Euro.
Für wen lohnen sich PVT-Kollektoren?
Der Einsatz dieser Hybridkollektoren in Kombination mit einer Wärmepumpe kann sinnvoll sein, wenn
bei einem Neubau oder einer Sanierung mit geringem Energiebedarf die PVT-Kollektoren einen Teil des Wärmebedarfs decken können. Die Wärmepumpe erhöht das Temperaturniveau und erreicht hohe Werte für die Effizienz. Dadurch fallen die Stromkosten geringer aus.
für Gebäude mit wenig Raum für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe oder Erdwärmekollektoren bzw. -sonden, zum Beispiel bei Reihenhäusern oder in eng bebauten Städten, dieses System eine attraktive Chance für eine effiziente, klimafreundliche Heizung darstellt.
Fazit
PVT-Kollektoren erzielen einen hohen Energieertrag, der viermal höher sein kann als bei PV-Anlagen. Sie ermöglichen dadurch eine effiziente Heizung mit Wärmepumpe ohne sichtbares Außengerät. Dafür sind die Investitionskosten deutlich höher als bei Luft-Wasser-Wärmepumpen. Eine interessante Alternative für Bauherren und Eigentümer, die nach einer besonders effizienten Lösung suchen.
