Hybridmodule
PVT-Kollektoren: Photovoltaik und Solarthermie in einem System
Wer seine Dachfläche zur Gewinnung von Sonnenenergie nutzen möchte, muss sich entscheiden: Wie viele Quadratmeter nutze ich für Photovoltaik und wie viele für Solarthermie? Oder genügt mir eine der beiden Technologien? Es gibt aber auch eine weitere Möglichkeit: Sogenannte „PVT-Kollektoren“ vereinen beide Solartechnologien in einem System. Wie attraktiv sind solche Hybridmodule für die private Nutzung?
Was sind PVT-Module und wie funktionieren sie?
Die Kombination von Photovoltaik und Solarthermie nennt man Photo-Voltaik-Thermie (PVT). Gelegentlich liest man auch die Begriffe „Thermovoltaik“ oder „Photothermie“. In PVT-Kollektoren werden die beiden Technologien im Prinzip einfach übereinander geschichtet, statt nebeneinander auf dem Dach zu liegen. Die obere Schicht der PVT-Hybridmodule besteht aus PV-Zellen zur Stromgewinnung. In der Schicht darunter liegen die solarthermischen Kollektoren zur Wärmeerzeugung.
Praktischerweise nutzen die beiden Systeme unterschiedliche Bereiche des Sonnenlichts; das heißt, sie konkurrieren nicht miteinander um die auftreffende Energie. Während Photovoltaik das sichtbare Licht im Bereich von Wellenlängen zwischen 400 und 680 Nanometern (nm) nutzt, verwerten solarthermische Kollektoren die unsichtbare Infrarotstrahlung ab einer Wellenlänge von ca. 700 Nanometern.
Auch die Art der Energiegewinnung funktioniert in beiden Komponenten genauso wie in entsprechenden separaten Modulen: In den Solarzellen werden durch das Auftreffen von Photonen die Elektronen eines Halbleiters in Bewegung gesetzt, wodurch elektrischer Strom entsteht (mehr dazu hier). Dagegen wird in der solarthermischen Schicht eine sogenannte Solarflüssigkeit erwärmt – eine frostsichere Trägerflüssigkeit, die Wärme aufnimmt und sie an das Brauchwasser im Haushalt abgibt. Üblicherweise handelt es sich dabei um Propylenglykol. Während in der Photovoltaik also Licht zu Strom wird, gewinnt Solarthermie Wärme aus Wärme. Und auch die Verwendung der in den beiden Schichten gewonnenen Energie ist unterschiedlich.
Höherer Stromertrag – unter gewissen Voraussetzungen
PVT-Kollektoren nutzen die vorhandene Fläche effektiver und sehen auf dem Dach auch besser aus, zumindest im Vergleich zu zwei nebeneinander liegenden unterschiedlichen Modultypen. In wirtschaftlicher Hinsicht ist aber ein weiterer Effekt entscheidend: Da durch die solarthermische Schicht Wärme abgeführt wird, werden die darüber liegenden photovoltaischen Zellen gekühlt, was sich vor allem im Sommer auf deren Stromertrag auswirkt. Denn siliziumbasierte Solarzellen erreichen ihren optimalen Wirkungsgrad bei Temperaturen von ca. 25 Grad Celsius; mit jedem Grad darüber sinkt der Wirkungsgrad um bis zu 0,45%. Einige Hersteller von PVT-Modulen werben deshalb mit einem möglichen Mehrertrag von bis zu 25 Prozent, was die etwas höheren Anschaffungskosten einer PVT-Anlage kompensieren würde.
Die Sache hat allerdings einen Haken: Wenn der Warmwasserverbrauch eines Haushalts an heißen Tagen gering ist, sind der Brauchwassertank und ein eventuell vorhandener Pufferspeicher für die Heizung schnell vollständig aufgeheizt. Der solarthermische Kollektor hat dann keinen Abnehmer mehr für die von ihm aufgenommene Wärme. Dadurch kommt es in der unteren Schicht des PVT-Moduls zu einem Hitzestau. Statt zu kühlen, heizt die solarthermische Schicht die darüber liegenden PV-Zellen dann auf – und das führt wiederum zu einer Minderung des Stromertrags. Um dem entgegen zu wirken, müsste zusätzlich ein Kühlsystem installiert werden, was mit höheren Kosten und Wartungsaufwand verbunden ist.
Für wen rechnet sich eine PVT-Anlage?
Die Attraktivität eines Hybridsystems hängt sehr von individuellen Faktoren ab.
Eine PVT-Anlage rechnet sich vor allem für Haushalte, die auch im Sommer viel Warmwasser benötigen. Das kann zum Beispiel der Fall sein, wenn ein Swimmingpool beheizt wird. Wer in den Sommermonaten nur durchschnittlich viel Warmwasser benötigt, ist mit dem klassischen Nebeneinander von Photovoltaik und Solarthermie in der Regel besser beraten. Denn die mögliche Steigerung des Stromertrags wird dann eher nicht erzielt; die höheren Anschaffungskosten können sich also auch nicht amortisieren. In Einzelfällen kann es sich auch rechnen, nur einen Teil der Dachfläche mit PVT-Modulen einzudecken – ergänzend zu klassischen PV-Modulen. Der Vorteil der effizienteren und ästhetischeren Flächennutzung würde dann allerdings weniger zum Tragen kommen. In jedem Fall sollte man die Gegebenheiten im eigenen Haushalt zusammen mit einem Fachbetrieb analysieren.
Fazit
Photo-Voltaik-Thermie (PVT) kombiniert Photovoltaik und Solarthermie in einem System. PVT-Module bestehen aus zwei Schichten. Solarzellen bilden die obere Schicht, darunter liegen die solarthermischen Kollektoren. Da die solarthermische Schicht während der Warmwasserbereitung einen kühlenden Effekt hat, kann ein Strom-Mehrertrag von bis zu 25% erzielt werden. Wenn allerdings nicht genügend Warmwasser verbraucht wird, kommt es zu einem Hitzestau, wodurch der ertragssteigernde Effekt zunichte gemacht wird. Deshalb sind PVT-Anlagen vor allem für Haushalte geeignet, die auch im Sommer viel Warmwasser benötigen, zum Beispiel weil ein Swimmingpool beheizt wird. Ob der Einsatz von PVT-Modulen wirtschaftlich sinnvoll ist, sollte gemeinsam mit einem Fachbetrieb geklärt werden.
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