Hybridkollektor: Solarenergie 2-in-1 – die Wirtschaftlichkeit

Meine kleine Reihe zu Hybridkollektoren möchte ich mit diesem Beitrag über ihre Wirtschaftlichkeit schließen. Wer bislang mitgelesen hat, weiß inzwischen über die Grundlagen der Verbundtechnologie Photovoltaik-Thermie (PV-T, PV/T, PVT) Bescheid, ebenso über das, was sich diesbezüglich auf dem Markt tut. Wer neu dazu gestoßen ist, kann sich unter den angegebenen Links gerne noch Wissen anlesen. Hier und jetzt geht’s also darum, zu klären, wann sich der Einsatz eines Hybridkollektors lohnt und wann nicht. 

Über die technische Vereinbarkeit von Photovoltaik und Solarthermie

Man möchte zunächst meinen, dass Photovoltaik und Solarthermie technisch eigentlich gar nicht so gut miteinander könnten: Um möglichst hohe Solarstromerträge zu liefern, brauchen PV-Module bestenfalls eine konstante und vergleichsweise niedrige Zelltemperatur um die 25 Grad Celsius. Mit steigender Temperatur sinkt die Energieausbeute, hier steht: pro Grad Temperaturanstieg um 0,33 bis 0,5 Prozent. Der Grund für den Leistungsabfall ist schnell erklärt: Mit der zunehmenden Temperatur erwärmt sich die Solarzelle und damit erhöht sich der Widerstand der Membrane, so dass der elektrische Ertrag sinkt. Solarthermie-Kollektoren hingegen kommen bei hohen Temperaturen erst richtig in Fahrt, sie liefern ihre höchsten Erträge bei hohen Temperaturen.

Kompromissbereit?

Wie in jeder anderen Partnerschaft auch, braucht der Hybridkollektor, in dem sich Photovoltaik- und Solarthermie-Technologien verbinden, Kompromisse, wenn er denn technisch wie wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werden soll. Die Kompromisse sind einerseits bezüglich der Erträge zu schließen, andererseits bezüglich des Aufwands, um die verbundene Systemtechnik zu realisieren. Wer sich auf solche Kompromisse einlässt, kann damit rechnen, dass die Leistung des Hybridkollektors, der dank seiner Solarthermiekomponenten eine praktische Kühlung erfährt, so dass er je nach Jahreszeit, Wetter und Kollektortyp bis zu 20 Prozent  mehr Strom erzeugt als reine PV-Module, die nicht gekühlt werden. Hinzu kommt, dass man Solarwärme frei Haus bekommt, die sich zum Erwärmen von Raum oder Wasser nutzen lässt. Das hybride System spart somit Heizenergie, die noch viel zu oft durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe bereitgestellt wird. Aus der Brennstoffersparnis resultieren niedrigere Heizkosten und entsprechend weniger CO2-Emissionen.

Über die Wirtschaftlichkeit dual funktionierender Hybridkollektoren

Entscheidend dafür, dass sich der Einsatz eines Hybridkollektors auch tatsächlich rechnet, ist es, dass die Erzeugung von Solarstrom und -wärme so aufeinander abgestimmt wird, dass das Verbundsystem mehr Vorteile bringt, als die einzelnen Technologien in Summe. Eine Erhöhung des PV-Wirkungsgrades gelingt insbesondere dann gut, wenn die Wärme, die anfällt, auch tatsächlich genutzt wird.

Große Nachfrage nach Wärme

Das ist ein Grund, warum man Hybridkollektoren erfolgreich dort einsetzt, wo es Abnehmer für große Wärmemengen gibt: in Schwimmbädern, Kliniken oder Wellness-Anlagen von Hotels. Auch industrielle Trocknungsanlagen wie sie in Brauereien und in holz- beziehungsweise Tee- und Kräuter verarbeitenden Betrieben nötig sind, profitieren von Hybridkollektoren: Dort trocknen sie mit der Wärme den Hopfen, das Holz, den Tee, die Kräuter und treiben mit dem Strom die dafür zum Einsatz kommenden Ventilatoren an.

Kleinere Nachfrage nach Wärme

Ein durchschnittlicher Privathaushalt dagegen braucht in der Regel im Sommer nicht so viel Wärme, wie sie der Hybridkollektor gerade dann liefert. Ist nur ein Pufferspeicher im Einsatz, käme das System schnell an seine Grenzen – die Wärme sonnenreicher Tage ließe sich dann wohl nicht mehr komplett abführen, so dass sich der Hybridkollektor aufheizen würde und der Stromertrag der Solarzellen infolgedessen sänke. Um dem vorzubeugen, kombiniert man bei kleineren Wärmeabnehmern Hybridkollektoren gerne mit Sole- oder Luft-Wasser-Wärmepumpen.

Hier wird darauf hingewiesen, dass luftgekühlte Hybridkollektoren sich für Ein- und Mehrfamilienhäuser nur rechnen, wenn dort schon eine Lüftungsinfrastruktur bestünde, andernfalls wäre der finanzielle Aufwand zu hoch.

Über die Effizienz der Kombi Hybridkollektoren plus Wärmepumpe

Die Kombi von Hybridkollektoren mit einer Wärmepumpe führe zu wirklicher Effizienz und könne die Versorgung eines Haushaltes mit Wärme komplett deckeln, schreibt das Portal Energie-Experten.org.

Hybridkollektor plus Sole-Wasser-Wärmepumpe

Und weiter heißt es dort, da sich “die am Modul entstehende Umgebungstemperatur auf rund 60 Grad Celsius erhitze”, fänden sich dort Arbeitstemperaturen vor, “die ideal für den Einsatz einer Sole-Wasser-Wärmepumpe” seien: Die direkt am Photovoltaik-Panel entlang fließende Trägerflüssigkeit führe demnach Wärme ab und erhöhe durch die daraus resultierende Kühlung des PV-Moduls gleichzeitig dessen Wirkungsgrad. Die erwärmte Trägerflüssigkeit werde 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 könne teilweise mit Solarstrom erzeugt werden. Denkbar sei zudem eine solarthermische Erdreichregeneration wie bei dem Funktionsprinzip der Solar-Wärmepumpen. Neben der elektrischen Stromeinsparung an der Wärmepumpe könnten Erdwärmesonden so beispielsweise schneller regeneriert und sogar “aufgeladen” werden oder bei geringerem Sondenabstand ein langfristiges Abkühlen vermieden werden.

Hybridkollektor plus Luft-Wasser-Wärmepumpe

Die Kombi Hybrikollektor plus Luft-Wasser-Wärmepumpe, so schreiben die Energie-Experten, punkte vor allem im Winter: “Dank integriertem Lüfter und Luft-Wärmetauscher können sie zusätzlich zur Solarstrahlung aus Außenluft Energie gewinnen, die anschließend von der Luftwärmepumpe als Wärmequelle genutzt wird. So kann der Stromverbrauch der Luft-Wärmepumpe gerade im Winter deutlich reduziert werden, da der Wärmepumpe nun höhere nutzbare Quellentemperaturen als bei einer reinen Außenluftnutzung zur Verfügung stehen. Bei entsprechend großer Auslegung der Luft-Hybridkollektoren kann evtl. sogar auf weitere Luftwärmetauscher verzichtet werden. Um den Strombedarf der Wärmepumpe jedoch vollständig zu decken, bedarf es allerdings weiterer PV-Module auf dem Dach.”

Über das, was unterm Strich bleibt

Der Einsatz eines Hybrid-Systems ist kostenintensiv. Wirtschaftlich sinnvoll ist er nur dann, wenn die Mehrkosten, die mit dem Hybridkollektor verbunden sind, von der Höhe der Heizkostenersparnis übertroffen werden. Und die Energie-Experten empfehlen zudem, darauf zu achten, einen Anbieter zu wählen, dessen System technisch aufeinander abgestimmt und praxisbewährt sei. Andernfalls drohten aufgrund der Komplexität des hybriden Systems “später höhere Wartungs- und Reparaturkosten”.

Über das, was zu erwarten ist

An verschiedenen Stellen habe ich gelesen, dass das Thema Hybridkollektoren für private wie industriell / gewerbliche Anwendungen an Bedeutung gewinnen werde. Die Forscher arbeiten an den “Kompromissen” – Pilotprojekte laufen vielerorts. Wer dazu mehr lesen will, findet beispielsweise hier Infos.

Foto: hannibie / photocase.de