Ein PVT-Kollektor gilt als eines der effizientesten und effektivsten Heizsysteme. Insbesondere in Zusammenarbeit mit einer Wärmepumpe kann dieses System CO2-Emissionen einsparen sowie Wärme und Strom liefern. Wir erklären dir, wie es funktioniert.
Der Begriff PVT steht für Photovoltaik-Thermie. Das bedeutet, dass dieses System eine hybride Form bereits existierender Modelle ist und Sonnenenergie sowohl in Strom als auch in Wärme umwandelt.
Das Interesse an PVT-Kollektoren ist momentan groß, da sie dank der hohen Energieeffizienz vielversprechend für eine grüne Zukunft sind – gerade in Kombination mit Wärmepumpen. Hier erklären wir dir, wie PVT-Kollektoren arbeiten, was die Vorteile sind und wie sie zusammen mit Wärmepumpen agieren.
PVT-Kollektoren: So funktionieren sie
Photovoltaisch-thermische Kollektoren, kurz Photothermie- oder PVT-Kollektoren, verbinden zwei Energiegewinnungssysteme: Solarthermie und Photovoltaik. Das bedeutet: Sie fangen die Sonnenenergie auf und können diese sowohl in Strom als auch in Wärme umwandeln. Beide Systeme werden dabei im selben Solarelement verbunden.
„Ein PVT-Modul ist im Grunde ein PV-Modul mit eingebautem Wärmetauscher auf der Rückseite. Dieser führt die entstehende Wärme einer Wärmepumpenheizung zu“, erklärt Carsten Körnig, Hauptgeschäftsführer des Bundesverbandes Solarwirtschaft.
Sie werden deshalb auch als Solar-Hybridkollektoren bezeichnet.
Praktisch sieht es dann so aus:
- Ein Photovoltaik-Modul wird mit einem Rohrregister komplementiert. Das Rohrsystem wird hinter dem Solarelement montiert.
- Durch das Rohrregister strömt ein Wärmeträger, welcher die Wärme des Photovoltaikelementes sowie der Umgebung absorbiert.
- Die Wärme wird dann an einen Wärmespeicher oder eine Wärmepumpe geleitet und steht als Wärmequelle zum Heizen im Haushalt zur Verfügung.
- Der Solarstrom kann zum Betrieb der Wärmepumpe oder anderer Geräte im Haushalt genutzt werden und/oder ins Netz eingespeist werden.
Somit kann durch einen PVT-Kollektor CO2-neutraler Solarstrom und Wärmeenergie aus der Sonnenstrahlung gewonnen werden. Das macht die Photothermie zu einem klimaneutralen Energiegewinnungssystem.
Hocheffizient: Vorteile von PVT-Kollektoren
(Grafik: © IntegraTE / Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE)
PVT-Kollektoren gelten als hocheffiziente Energiegewinnungssysteme. Da die Abwärme der Photovoltaik-Module abgeführt wird, sinkt die Temperatur der Solarmdule, was deren Wirkungsgrad erhöht. Laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE IntegraTE sollen PVT-Module bis zu viermal mehr Gesamtenergie im Jahr erzeugen wie eine Photovoltaikanlage mit der gleichen Gesamtfläche. Die Gesamtenergie bezieht sich dabei auf Wärme und Strom, die mit dem Solarelement gewonnen werden.
„Ein großer Vorteil ist, dass mit diesen Hybridanlagen das Dach optimal genutzt werden kann“, sagt Alexander Steinfeldt, Energieexperte der gemeinnützigen Beratungsgesellschaft co2online. Stephan Herpertz, Energieexperte der Verbraucherzentrale NRW, erklärt: Da beim Einsatz von PVT-Modulen „auf derselben Fläche Strom und Wärme gleichzeitig produziert werden können“, entfalle die Nutzungskonkurrenz auf Dächern und Fassaden.
Die Hauptvorteile der Photothermie sind demnach:
- effiziente Flächennutzung
- einheitliches Erscheinungsbild
- Energieeffizienz der Wärmepumpe durch Solarenergie
Hinweis: Für eine wirklich effiziente Nutzung der PVT-Kollektoren sollten diese mit einer Wärmepumpe kombiniert werden (mehr dazu unten). Ansonsten wird die Wärme an einen Wärmespeicher geleitet, von dem aus man diese dann weiternutzen kann.
Mögliche Nachteile der PVT-Technik:
- hohe Investitionskosten
- Effizienz sinkt, wenn die erzeugte Wärme nicht abgenommen wird.
- in der Regel zusätzliches Heizsystem nötig
- Die Technik ist noch relativ neu, man muss also erstmal erfahrene Handwerksbetriebe finden.
Aufgrund der hohen Investitionskosten und dem Installationsaufwand sollte man vorab gemeinsam mit Fachleuten gut durchrechnen, ob sich die Anlage für die individuellen Gegebenheiten und Anforderungen lohnt.
Technische Daten zu Photothermie
Wie effizient der PVT-Kollektor arbeitet, hängt von dem Modell, der Ausrichtung sowie dem Standort ab. Bei der Photothermie gibt es folgende Technologien:
- PVT-Flüssigkollektor: Der Wärmeträger im Rohrsystem besteht aus einer Flüssigkeit, in der Regel Wasser, Glykol oder Mineralöl. Dabei muss die Flüssigkeit in den Rohren kühler sein als das Material der PV-Zellen, damit Wärmegewinnung stattfinden kann.
- PVT-Luftkollektor: Bei diesem Modell ist Luft der Wärmeträger in den Rohren. Kühle Außenluft wird vom System eingezogen, durch das PV-Modul erwärmt und nach innen an das Heizsystem gespeist.
Es gibt offene (nicht abgedeckte) Systeme – bei diesen liegt der Fokus auf der Stromgewinnung – und abgedeckte Systeme, bei denen der Schwerpunkt auf der Wärmegewinnung liegt. Eine Art Doppelverglasung reduziert hier den Wärmeverlust an die Umwelt.
Noch effizienter, aber auch kostspieliger, sind sogenannte konzentrierte PV Zellen, bei denen die Module komprimiert werden, also weniger Fläche benötigen.
Um zu entscheiden, welches System für dich am passendsten ist, solltest du Expert:innenrat einholen.
Für wen eignet sich eine PVT-Anlage?
Grundsätzlich können PVT-Anlagen überall dort genutzt werden, wo man Strom und Wärme braucht. „Etwa 85 Prozent der installierten Anlagen befinden sich auf Einfamilienhäusern„, so Körnig vom Bundesverband Solarwirtschaft. Die Technologie kann aber auch auf Mehrfamilienhäusern installiert werden.
Die Hybridanlagen sind sowohl für Neubauten, als auch für Bestandsgebäude geeignet. „Allerdings ist es in Bestandsgebäuden schwieriger als bei Neubauten oder voll sanierten Häusern, die PVT-Anlagen in das Energie- und Wärmesystem zu integrieren“, so Steinfeldt.
Es handele sich um ein komplexes System mit verschiedenen Komponenten. Eine detaillierte Planung und sorgsame Installation durch einen erfahrenen Fachbetrieb sind deshalb besonders wichtig.
Meist kann eine PVT-Anlage nicht allein den Wärmebedarf eines Hauses decken: „PVT-Kollektoren kommen meist in Kombination mit Wärmepumpen zum Einsatz“, erklärt Körnig.
PVT-Kollektor und Wärmepumpe: Effizientes Zusammenspiel
Damit ein PVT-Kollektor zur vollen Effizienz genutzt werden kann, wird dieser mit einer Wärmepumpe kombiniert. Die am häufigsten verbauten Wärmepumpen sind heute Luft-Wasser-Wärmepumpen, die ihre Wärmeenergie aus der Außenluft ziehen. PVT-Anlagen allerdings eignen sich nur zur Kombination mit Sole-Wärmepumpen bzw. Erdwärmepumpen. „Luftwärmepumpen passen nicht zum System, da der Wärmetauscher bei PVT auf Wasser ausgelegt ist“, so Körnig.
PVT-Kollektoren können die aus der Sonnenstrahlung erzeugte Wärme direkt für die Wärmepumpe nutzbar machen und so eine Erdreichquelle ergänzen. Sie sind als Wärmequelle flächeneffizient und geräuschlos. Die Kombination mit Erdwärmepumpen ist vorteilhaft, denn so kann auch überschüssige Solarwärme im Sommer in die Erde geleitet werden, wo Erdsonden sie im Winter für die Heizung nutzbar machen. Das vermeidet auch das langfristige Auskühlen des Erdreichs. Es gibt auch spezielle PVT-Luft-Sole-Kollektoren, welche der Luft Wärme entziehen können und so in Zeiten ohne ausreichende Sonneneinstrahlung als alleinige Wärmequelle von Wärmepumpen genutzt werden.
Hinzu kommt, dass durch den erzeugten Strom der PV-Module ein Teil des benötigten Stroms zum Betrieb der Wärmepumpe gedeckt werden kann.
Fazit: Mit hybriden PVT-Kollektoren kannst du Erneuerbare Energien besser nutzen. Du machst damit einen wichtigen Schritt Richtung CO₂-Neutralität und kannst ein klimafreundliches System zur Energiegewinnung installieren.
Was kosten PVT-Anlagen?
Mit welchen Investitionskosten man für PVT-Kollektoren rechnen muss, hängt von mehreren Faktoren ab, schreibt der Bundesverband Solarwirtschaft:
- den technischen Voraussetzungen
- den örtlichen Voraussetzungen
- der Wahl der eingesetzten Komponenten
- der Art der Nutzung
Alexander Steinfeldt geht davon aus, dass eine PVT-Anlage rund dreimal so viel kostet wie eine Photovoltaik-Anlage. Grund dafür seien die zusätzlichen Komponenten und die komplexere Installation. „Das heißt, dass die eingesparten Energiekosten durch den höheren Stromertrag und den zusätzlichen Wärmeertrag einer PVT-Anlage dreimal höher sein müssen als bei einer PV-Anlage, damit sich die Mehrkosten rentieren“, so Steinfeldt. Man sollte grundsätzlich mit einem fünfstelligen Betrag kalkulieren. (Zum Vergleich: Eine Solaranlage kostet pro Kilowatt Leistung in etwa zwischen 1.000 und 1.800 Euro, für ein Ein- bis Zweifamilienhaus ergeben sich so Kosten zwischen etwa 4.000 und 12.000 Euro.)
Allerdings gibt es Fördermittel: Der Staat fördert die PVT-Wärmepumpe derzeit mit bis zu 70 Prozent. Daneben gibt es eine anteilmäßige Förderung für die PVT-Module. Die Förderung ist allerdings auf eine Gesamtinvestition von 30.000 Euro gedeckelt, sodass Körnig zufolge die maximale Förderung für eine PVT-Anlage 21.000 Euro beträgt.
„Als Alternative bietet sich die bereits häufig erprobte Kombination von Photovoltaik-Anlage und Wärmepumpe an“, sagt Alexander Steinfeldt. Dabei kann die PV-Anlage den für den Betrieb der Wärmepumpe benötigten Strom produzieren und reduziert so die Betriebskosten der Heizung.
Mit Material der DPA
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