Photothermie: Hybridkollektoren kombinieren Photovoltaik und Solarthermie

Der Name „Photothermie“ macht deutlich, worum es geht: die Verbindung von Stromerzeugung durch Photovoltaik mit der Gewinnung von thermischer Energie über das Prinzip der Solarthermie in einem System. Sogenannte Hybrid- oder PVT-Module vereinen auf derselben Fläche die Erzeugung von Strom und Wärme. Sie bieten gegenüber den jeweils eigenständigen Systemen von Photovoltaik und Solarthermie Vorteile, weisen aber auch Nachteile auf.

  • Schnittmodell eines Hybridkollektors und seiner Anschlüsse. Auf dem Photovoltaikmodul steht "PV" in blauer Schrift, auf dem Thermieteil steht ein gelbes "T". Bild: Consolar

Photothermie- oder auch Thermovoltaikanlagen genannte Systeme sind ähnlich aufgebaut wie gewöhnliche Solarthermie-Kollektoren. Zwischen einem untenliegenden Solarabsorber und der nach oben abschließenden Glasplatte befinden sich Photovoltaikzellen zur Gewinnung elektrischer Energie. Als Wärmeträger fungieren im Hybridmodul Solarflüssigkeit oder Luft. Letztlich ist der Hybridkollektor auch ein „Resteverwerter“. Denn die bei der Gewinnung des Stroms im PV-Panel entstehende Abwärme kann über die duale Funktionsweise genutzt werden, wo sie ansonsten verpuffen würde.

Hybridkollektoren sind in unterschiedlichen Bereichen einsetzbar. Während die elektrische Energie selbst genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist werden kann, kann die gewonnene thermische Energie entweder in den Warmwasser- und Heizungskreislauf eingebracht werden. Zudem ist sie auch in Kombinationen mit Wärmepumpen einsetzbar. Dazu kann die Wärmenergie z.B. an eine Sole-Wasser-Wärmepumpe abgegeben werden, um später der Heizungsunterstützung oder der Warmwasserbereitung zu dienen. Zudem ist auch eine Regeneration des Erdreiches mit der aus den Hybridkollektoren stammenden Wärme möglich, um Erdwärmesonden schneller zu regenerieren oder gar aufzuladen.

Optimale Einsatzbereiche für die hybriden Systeme liegen oft dort, wo viel warmes Wasser benötigt wird. Dies ist z.B. bei öffentlichen Schwimmbädern oder in Hotels der Fall, die ihre Swimmingpools beheizen.

Mögliche Vorteile von Hybridkollektoren, die vor allem bei Platzmangel auf dem Dach beide Energieformen liefern können, werden aber mit unter Umständen niedrigeren Wirkungsgraden erkauft. Hybridkollektoren müssen so geplant werden, dass sie die unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Komponenten möglichst bestmöglich miteinander verbinden. Denn Photovoltaik- und Solarthermieanlagen arbeiten unter unterschiedlichen Umgebungstemperaturen in ihrem Optimum. Den maximalen Wirkungsgrad zur Erzeugung von elektrischer Energie erzielen PV-Module bei rund 25 Grad Celsius. Dieser sinkt bei steigenden Temperaturen (pro Grad Kelvin um etwa 0,5 Prozent). Flachkollektoren arbeiten bei rund 80 Grad, Vakuumröhrenkollektoren bei bis zu 150 Grad Celsius. Die entstehende Wärme bei Hybridkollektoren muss daher abgeleitet werden, wenn sie effizient arbeiten sollen. Hochpreisige Hybridkollektoren setzen z.B. auf eine zusätzliche Ventilator-Kühlung.

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