Was bringt die Kombination Solarthermie und Photovoltaik?

Wir machen heute Schluss mit entweder Solarwärme oder Solarstrom! Es geht uns hier nicht um die Entscheidung zwischen Solarthermie oder Photovoltaik auf dem Dach! Stattdessen liefern wir euch gute Gründe für die Kombination beider Technologien. Los geht’s mit: Solarthermie UND Photovoltaik!

Warum überhaupt Solarenergie aufs Dach sollte

In einer ökologisch agierenden Welt, Deutschland strebt Klimaneutralität ab dem Jahr 2045 an, stammen Wärme und Strom, wie wir sie im Haushalt verbrauchen, aus erneuerbaren Quellen. Die Sonne ist eine erneuerbare Energiequelle.

Mehr Wissenswertes zur Sonne als Energie-Quelle lest ihr hier:

• Heute ist der internationale Tag der Sonne!
• Sonnige Neuigkeiten! Goldwerte Forschungsergebnisse zur Sonne
• Gespräch mit Frau Sonne höchstpersönlich!

Wer Solarenergie nutzt, um sich mit Wärme und Strom zu versorgen, der Wärmebedarf eines durchschnittlichen Einfamilienhaushaltes ist in etwa drei Mal so groß wie der Strombedarf, macht sich maximal unabhängig von fossilen Energien und deren schwankenden Preisen und Verfügbarkeiten.

Nicht zu unterschätzen: Die Unabhängigkeit geht mit Sicherheit einher. Soll heißen: Die heutige Investition in Anlagen, die Solarenergie in Form von Solarstrom und Solarwärme nutzbar machen, verschafft Sicherheit für morgen. Anders ausgedrückt: Beide Solarenergien sichern die unabhängige Energieversorgung im Alter.

Ein bisschen Physik muss jetzt sein…

Erinnert euch zunächst an drei Gesetzmäßigkeiten aus der Physik:

• Das Gesetz von der Erhaltung der Energie sagt, dass Energie eine sogenannte Erhaltungsgröße ist. In einem abgeschlossenen System ändert sich die Gesamtenergie demnach nicht mit der Zeit.
• Energie lässt sich weder erzeugen noch vernichten.
• Energie lässt sich von einer Form in die andere umwandeln und auch von einem System auf ein anderes übertragen (transportieren).

Solaranlagen wie Solarthermie-Anlagen und Photovoltaik-Anlagen erzeugen den physikalischen Gesetzmäßigkeiten zufolge also weder Wärme noch Strom: Sie wandeln die Energie, die die Sonne auf die Erde strahlt, lediglich um:

• Solarthermie-Anlagen wandeln die Sonnenenergie in nutzbare Wärme um.
• Photovoltaik-Anlagen wandeln die Sonnenenergie in nutzbaren Strom um.

Physikalisches Gesetz ist auch, dass bei allen Energieumwandlungsprozessen Energieverluste auftreten, vor allem aufgrund naturgesetzlicher und technischer Grenzen. Wobei sich der Begriff Verlust auf die Menge an Nutzenergie bezieht. Verlust heißt hier also, dass nicht exakt die Energiemenge, die umgewandelt werden soll, am Ende auch umgewandelt wird.

Der sogenannte Wirkungsgrad einer Energieumwandlung informiert darüber, wie viel Ausgangsenergie genau umgewandelt wird. Er spiegelt somit das Verhältnis zwischen Nutzen und Aufwand wider. Als Maßzahl ist er eine vergleichbare Größe und macht somit verschiedene Umwandlungsprozesse vergleichbar. Es gilt: Je näher ein Wirkungsgrad am Wert 1 beziehungsweise an 100 Prozent ist, desto besser (effizienter) ist die Energieumwandlung. Warum wir mit euch diesen Ausflug in die Physik gemacht haben? Weil es genau darum geht, wenn die Frage beantwortet werden soll, was es bringt, Solarthermie und Photovoltaik auf einem Dach zu kombinieren.

Teilen sich beide Technologien ein Dach, kann dort – jede für sich genommen – ihre Vorteile ausspielen:

Was sind die Vorteile von Photovoltaik?

Ein Vorteil der Photovoltaik ist der: Sie liefert mit Solarstrom eine Energieform, die sich vielseitig einsetzen lässt. Wer den eigens “erzeugten” Solarstrom hauptsächlich dafür nutzt, den Bedarf an Strom im Haushalt inklusive E-Mobilität zu decken, nutzt nicht nur eine ökologisch, sondern auch ökonomisch sinnvolle Technologie und Technik: Denn die Gestehungskosten für Solarstrom vom Dach liegen deutlich unter denen von Strom aus der Steckdose. Das heißt zugleich: Wer mit Solarstrom heizt, meint, ökologisch sinnvoll zu handeln, doch ökonomisch ist das eher sinnlos: Denn eine solche Stromheizung kann schnell zur Kostenfalle werden.

Denn während der hierzulande mindestens fünf Heizmonate ist der Strombedarf eines Haushalts, der mit Strom heizt, selbst in einem Energieeffizienzgebäude, deutlich erhöht. Per Taschenrechner lassen sich die hohen Solarstromerträge im Sommer zwar gegen den wegen des Heizens deutlich höheren Strombedarf im Winter gegenrechnen, doch das ist nur theoretisch machbar, nicht praktisch. In der Praxis zeigt sich, dass viele dann winters mit Strom aus der Steckdose heizen.

Dazu muss man auch wissen, dass Strom im Winter hierzulande noch immer großteils von Kraftwerken stammt, die mit fossilen Energieträgern befeuert werden. Der Kraftwerksstrom verursacht mit Abstand den höchsten CO₂-Ausstoß der geläufigen Energieträger. Im Grunde kann man davon ausgehen, dass Strom im Winter mindestens drei Mal hergestellt wird, bis er einmal aus der Steckdose gezogen werden kann.

Was sind die Vorteile von Solarthermie?

An einer Solarthermie-Anlage ist vorteilhaft, dass sie warmes Wasser liefert, das sich sehr leicht und kostengünstig speichern und vielseitig einsetzen lässt. Bedenkt man zudem, dass etwa 70 bis 90 Prozent der Energie im Haushalt als Wärme verbraucht werden, wird klar, dass eine passend ausgelegte (dimensionierte)  Solarthermie-Anlage einen maßgeblichen Teil des Wärmebedarfs decken kann. Das Erwärmen von Wasser mittels Solarstrom dagegen ist weniger effizient – und lediglich in den Sommermonaten sinnvoll, wenn bestenfalls ein Überschuss an PV-Strom zustande kommt.

Wer den nicht nutzbaren Sommerüberschüssen an Solarwärme hinterherweint, muss bedenken, wie viel sie oder er in Summe davon nutzen kann. Mit entsprechender Technik ist die Nutzenergie bei Solarthermie auf gleicher Fläche deutlich größer als bei der Photovoltaik.

Zwischenfazit: Ökologisch wie ökonomisch rechnet sich die Kombination von Solarthermie und Photovoltaik, wenn mit der Photovoltaik der Strombedarf weitgehend gedeckt wird und mit der Solarthermie der Wärmebedarf.

Welche Technologie wandelt die Solarenergie effizienter um: Solarthermie oder Photovoltaik?

Gemessen an der Effizienz hat die Solarthermie als Technologie zur Nutzbarmachung von Solarenergie ganz klar die Nase vorn:

• Mit einem Quadratmeter (m²) Solarthermie lässt sich der 3- bis 6-fache Ertrag (Solarenergieertrag) erzielen, der mit derselben Fläche Photovoltaik machbar ist.
• Und auch das ist spannend: Das Speichern von einer Kilowattstunde (kWh) Wärme kostet nur etwa100 Euro pro kWh, während es noch immer ein Vielfaches dessen kostet, eine kWh Strom zu speichern.

Wie kombiniert man Solarthermie und Photovoltaik bei Platzmangel am besten?

Wenn es nicht entweder Solarthermie oder Photovoltaik, sondern Solarthermie und Photovoltaik heißt, dann müssen beide Technologien sinnvoll auf dem Dach ausgelegt werden.

Das Dimensionieren der Anlagen überlasst ihr am besten Profis, zum Beispiel unseren Paradigma Partner-Solarteurinnen und Partner-Solarteuren. Sie ermitteln anhand unterschiedlicher Kennzahlen, darunter die Größe eures Gebäudes, sein Alter, sein energetischer Zustand, anhand der Zahl der Mitglieder eures Haushaltes und den entsprechenden Bedarfen an Warmwasser in Küche und Bad sowie Raumwärme, wie groß die Anlagen sein müssten, um ein Groß der Bedarfe zu decken. Ausschlaggebend für die tatsächliche Anlagengröße ist dann die freie Dachfläche.

Mehr zum Solardach und welche Voraussetzungen es für den sinnvollen Betrieb von Solaranlagen erfüllen muss, lest ihr hier:

• Leitfaden Solardach: Welches Dach hat das Zeug zum Solardach?
• Was ist ein Solardach?
• Solarfassade vs. Solardach – Flächenpotential im Check

Ist das Dach nicht groß genug für die optimale Dimensionierung beider Anlagen, kommt es auch auf die Qualität der Technik an: So ist Solarthermie-Kollektor nicht gleich Solarthermie-Kollektor. Unsere hochleistungsfähigen Paradigma Vakuumröhrenkollektoren liefern euch gut das Doppelte an Solarwärmeertrag wie Flachkollektoren, sind also deutlich effizienter. Mehr zu Kollektortypen und ihren Unterschieden, lest ihr hier.

Entsprechend des Übergewichts des Wärmeverbrauchs im privaten Gesamtenergieverbrauch ist es sinnvoll, der Solarthermie entsprechend Platz zu machen. Sollte es sehr eng werden, kann sie gegebenenfalls auch an die Fassade oder auf ein Vordach kommen.

Noch mehr Infos zur Kombi von Solarthermie und Photovoltaik liefern euch unsere Experten-Interviews:

• Was soll aufs Dach: Photovoltaik? Solarthermie? Oder beides?
• Solares Bauen (Teil 2): Was soll aufs Dach: Photovoltaik oder Solarthermie? Oder beides?

Beispielsweise nennt der Solarenergie-Experte Prof. Timo Leukefeld darin folgende Faustregel zum Dimensionieren von Solarthermie und Photovoltaik auf einem Solardach:

“Wenn ich konkrete Zahlen nennen soll, dann gebe ich folgende Faustregel aus:  Die Solarthermie-Anlage sollte mindestens zwischen 10 und 20 Quadratmeter Fläche haben, ein zugehöriger Wärmespeicher sollte um die 1.000 Liter Warmwasser fassen und hochmodern als Schichtladespeicher ausgelegt sein. Dann hat man die Chance, die Wärme effizient zu puffern. Die Photovoltaik-Anlage sollte so dimensioniert sein, dass sie auf dem Dach 3 bis 5 Kilowatt Leistung erbringen kann, dazu braucht man einen Akku mit beispielsweise 5 Kilowattstunden Speichervolumen. Das würde ich ein schönes Solarpaket nennen. Wer den Solarstrom dann noch nutzt, um auch sein Elektro-Fahrzeug damit zu tanken, der wird sogar in Sachen Mobilität unabhängig(er).”

Best-Practise-Beispiele unserer Partner-Handwerkerinnen und Partner-Handwerker gibt’s hier:

• Projekt des Monats März 2022: So geht Solardach!
• 1. Projekt des Monats: Solarteurhaus mit Kurz- und Langzeitwärmespeicher

Fotos: Paradigma