Hybridkollektor: Solarenergie 2-in-1 – Grundlagen einfach erklärt

Ich starte mit diesem Artikel heute eine kleine Serie zum Thema Hybridkollektoren. Auf das Thema brachte mich bei der Diskussion um das Solarcarport einer von euch: jogi54, der die Dinger erwähnte. Ich bin von Haus aus ein Verbraucher, der Shampoo und extra Spülung benutzt, weil ich der Kombi aus beiden nicht ganz traue. Umso neugieriger bin ich auf das, was Hybridkollektoren zu bieten haben. Mit den technologischen Grundlagen (Theorieteil) über bislang entwickelte Hybridkollektoren (Praxisteil) bis hin zur Diskussion von Wirkungsgrad und daraus resultierender Wirtschaftlichkeit steht Spannendes auf dem Schreibprogramm. Beginnen will ich heute mit den Grundlagen der 2-in-1-Kollektoren.

Was ist ein Hybridkollektor?

Hybride Technik kombiniert zwei Technologien miteinander. Hybridkollektoren sind demnach Solarkollektoren, die die Photovoltaik (PV, Technologie zur Erzeugung von Solarstrom) und die Solarthermie (ST, Technologie zur Erzeugung von Solarwärme) verbinden. Solche Hybridkollektoren werden alternativ auch Photothermiekollektoren, Thermovoltaikkollektoren, Solarhybridkollektoren oder auch photovoltaisch-thermischee Kollektoren (PV-T-/PVT-Kollektor) genannt. Die Idee dahinter: Statt zwei verschiedene Systeme räumlich getrennt aufs Dach zu montieren, kommt dort nur eine Hybridanlage rauf. Ganz klar: Das spart vor allem Platz. Aber tut die Kombi auch was für beide der verbandelten Technologien? Schauen wir mal!

Was ist Photothermie?

Der Begriff Photothermie fiel eben schon. Die Photothermie meint Technologien, die sowohl solaren Strom als auch solare Wärme produzieren, indem sie sichtbares und unsichtbares Licht aus dem UV-Spektrum nutzen. Insofern fasst man unter dem Begriff  neben Hybridkollektoren auch:

• Warmwasser-Wärmepumpen, die in einer Heizungsanlage mit Photovoltaik-Komponente den Job des Speicherns übernehmen,
• Kühlelemente von PV-Anlagen, die die Abwärme nutzen,
• und sogar elektrische Heizungen, die einerseits an die Zentralheizung angeschlossen und mit dem zentral verschickten Heizwasser versorgt werden und andererseits mit Strom betrieben werden können (lokaler Betrieb mit Solarstrom)

zusammen.

Welche Energieformen liefert der Hybridkollektor?

Sowohl elektrische als auch thermische Energie. Je nach System steht dabei mal die Erzeugung von Strom, mal die von Wärme im Vordergrund des Hybridkollektors.

Die Wärme, die der Hybridkollektor liefert, kann wie gehabt unterschiedlichen Zwecken dienen:

• zum Lüften,
• zur Erwärmung des Warmwassers (Brauchwassers)
• und zur Heizungsunterstützung.
• Selbst zur Erzeugung von Prozesswärme sind Hybridkollektoren geeignet.

Den Strom schiebt man über das Zwischenlager Stromspeicher in das Stromversorgungssystem des Haushalts, Überschüsse kann man ins öffentliche Netz einspeisen. Dafür gibt’s dann die EEG-Einspeisevergütung, die sich jedoch im Sinkflug befindet, so dass die aus ihr resultierende Einsparung immer geringer ausfällt.

Ist der Hybridkollektor was für mich?

Wer seinen Haushalt rundum mit Solarenergie versorgen will, kann den Einsatz eines Hybridkollektors in Erwägung ziehen. Insbesondere dann, wenn Platzmangel für die Installation zweier getrennter Systeme herrscht und man auf dem Hausdach Wert auf eine homogene Optik legt.

Welche Hybridkollektorarten gibt’s?

Man unterscheidet zwei Hybridkollektor-Arten: Entweder stecken im Hybridkollektor

1. Photovoltaikmodule mit Solarzellen und Flachkollektoren beziehungsweise Röhrenkollektoren
2. oder Photovoltaikmodule mit Solarzellen und Luftkollektoren.

Wie ist ein Hybridkollektor aufgebaut?

Gleich vorweg: Es gibt nicht den einen Hybridkollektor. Vielmehr unterscheiden sich die aktuellen Modelle in ihrer Bauweise und in ihrem konzeptionellen Einsatz. Viele Hybridkollektoren sind herkömmlichen Flachkollektoren nicht ganz unähnlich: Unter einer Platte aus Glas sitzen Solarzellen, die Solarstrom erzeugen. Und darunter ist der Solarabsorber platziert, der die Sonnenwärme erntet. Als Wärmeüberträgermedien dienen die übliche Solarflüssigkeit (Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch) oder Luft. Als Solarzellen kommen sowohl monokristalline als auch polykristalline beziehungsweise multikristalline zum Einsatz. Es gibt Modelle, die rückseitig eine Wärmedämmung besitzen und solche ohne diese.

Was ist ein abgedeckter Hybridkollektor?

Auch wenn man das vermuten mag, die „Abdeckung“ bezieht sich nicht auf die Glasplatte über den Solarzellen des Hybridkollektors. Vielmehr geht es darum: Befindet sich zwischen der Glasplatte und den Solarzellen eine Luftschicht, nennt man die Hybridkollektoren „abgedeckt“. Die Luftschicht mindert die Wärmemenge, die vom Kollektor an die Umgebung abgegeben wird, so dass sich dessen Wärmeverluste entsprechend verringern  und die Wärmeausbeute insgesamt erhöht. Zugleich sinkt damit jedoch leider die Effizienz der Solarzellen, denn für sie gilt: Je heißer sie werden, desto weniger Energie stellen sie bereit. Daraus folgt für mich, dass nicht abgedeckte Hybridkollektoren vorrangig zur Stromerzeugung dienen, während abgedeckte Modelle eher zur Wärmeerzeugung eingesetzt werden sollten.

Was ist ein flexibler Hybridkollektor?

Einer, der sich anpassen kann: Je nachdem, wie viel Wärme oder Strom der Verbraucher benötigt, lässt sich das Verhältnis beider „Lieferungen“ individuell anpassen. Noch steckt die flexible Bauweise in den Kinderschuhen, aber im Grunde ist es wohl so, dass die Solarthermie –  wenn keine Wärme gefragt ist – von Photovoltaikelementen verdeckt wird. Die Verschiebung übernimmt dabei ein Motor, der im Gebäude des Kollektors integriert ist und direkt mit Solarstrom gespeist wird.

Was ist anders, wenn statt einer Solarflüssigkeit Luft als Wärmeträger dient?

Bei Bauformen, bei der Luft die Wärme vom Kollektor abgreift, ist ein Ventilator vonnöten. Dafür entfallen Rohre und Umwälzpumpen, die in einem Kollektor mit flüssigen Wärmeträgern für deren einwandfreie Zirkulation sorgen.

Was ist der Unterschied zwischen Hybridkollektor und Photovoltaik?

Die Kombination beider Technologien, also Solarthermie und Photovoltaik, bedeutet eine Steigerung der Leistung der PV-Solarmodule, die vor allem deshalb erzielt wird, weil die von ihnen als ungünstige Nebenwirkung produzierte Wärme seitens der entweder Wasser- oder Luftkühlungssysteme aufgenommen wird. Das heißt dann wohl, dass insbesondere der photovoltaiksche Part der kombinierten Technologien von der zwei-in-eins-Bauweise profitiert.

Wie lässt sich ein Hybridkollektor auf dem Dach montieren?

Es gibt sowohl Hybridkollektoren für die Auf-Dach-Montage als auch für die In-Dach-Montage. Letztere bringt die für Indachanlagen typische Bündigkeit.

Was kosten Hybridkollektoren?

Die Preise für Hybridkollektoren variieren mit der Bauweise und den verwendeten Zutaten. Ein einzelner Kollektor kostet ab etwa 700, 800 Euro (Die Preise werden wie bei der PV üblich als Nettopreise angegeben.) Komplette Anlagen mit beispielsweise fünf Kollektoren und weiteren Komponenten wie Speicher, Anschlüsse und mehr kosten ab 5.500 Euro aufwärts.

Foto: Leander. / photocase.de