Ein PVT-Kollektor gilt als eines der effizientesten und effektivsten Heizsysteme. Insbesondere in Zusammenarbeit mit einer Wärmepumpe kann dieses System CO₂ 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. 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.
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.
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.
- 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.
PVT-Kollektor und Wärmepumpe: Effizientes Zusammenspiel
Damit ein PVT-Kollektor zur vollen Effizienz genutzt werden kann, wird dieser mit einer Wärmepumpe kombiniert. Bislang wird die Wärme für Wärmepumpen im Gebäudesektor hauptsächlich aus Geothermie, also Erdwärme oder Außenluft, gewonnen. Doch aufgrund der notwendigen Bohrungen reicht für die Nutzung von Erdwärme die Grundstücksfläche nicht immer aus. Bei Luft-Wärmepumpen kann der Geräuschpegel ein Negativkriterium sein.
PVT-Kollektoren bieten dazu eine attraktive Lösung: Sie können die aus der Sonnenstrahlung erzeugte Wärme direkt für die Wärmepumpe nutzbar machen. Sie sind als Wärmequelle flächeneffizient und geräuschlos. Hinzu kommt, dass durch den erzeugten Strom der PV-Module ein Teil des benötigten Stroms zum Betrieb der Wärmepumpe gedeckt werden kann.
Die PVT-Technik kann mit Sole-Wärmepumpen (Erdwärmepumpen) oder Luft-Wärmepumpen kombiniert werden. Vor allem die Kombination mit Erdwärmepumpen ist vorteilhaft, denn so kann 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.
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.
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