PVT-Kollektoren – das volle Potential der Sonne nutzen

Photovoltaik oder Solarthermie? Den Streit um die Solartechnologien gibt es schon lange. Aufgrund der Wirtschaftlichkeit scheint er zugunsten der Photovoltaik entschieden zu sein. Für die Wärmeversorgung von Gebäuden benötigen wir jedoch eine Heizung, die wir idealerweise mit erneuerbaren Energien betreiben. Eine Lösung können PVT-Kollektoren oder Heizungsanlagen mit PVT-Kollektoren sein. 

In diesem Beitrag erkläre ich, was sich hinter dieser Technologie verbirgt, wie sie funktioniert, ihre Vor- und Nachteile und zeige ein Beispiel aus der Praxis.

Die Funktion von PVT-Kollektoren

Keine Sorge, es handelt sich nicht um eine neue Technologie. Vielmehr verbinden PVT-Kollektoren die beiden Welten Photovoltaik und Solarthermie. Denn PVT bedeutet nichts anderes als Photovoltaik und Thermie. Es sind hybride Kollektoren, die gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen.

Bei den PVT-Kollektoren befindet sich auf der Rückseite der PV-Module ein thermischer Kollektor, der die Wärme der Sonnenstrahlen aufnimmt und an einen Wärmetauscher weitergeben kann. Das sind beispielsweise Kupferrohre, die mit einer Solarflüssigkeit als Wärmeträger durchströmt werden. Diese leiten die Wärme in den Heizkreis weiter. Da die Wärme an der Rückseite der Photovoltaikmodule abgeführt wird, sinkt deren Temperatur. Das wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad und damit auf die Stromerzeugung aus.

Auf dem Markt gibt es zwei Arten von PVT-Kollektoren mit unterschiedlichen Ausrichtungen: 

• Nicht abgedeckte oder offene Systeme
  Auf der Rückseite des PV-Moduls wird die entstehende Wärme abgeführt. Dadurch steigt der Wirkungsgrad für die Stromerzeugung. Diese Art kommt daher zum Einsatz, wenn der Schwerpunkt auf der Stromerzeugung liegen soll.
• Abgedeckte oder geschlossene Systeme
  Diese sind dagegen wärmeorientiert. Ihr Aufbau ist mit klassischen Solarkollektoren zur Wärmegewinnung vergleichbar. Einziger Unterschied: über dem Absorber sind noch die Solarzellen zur Stromerzeugung angebracht.

Aufbau von Heizsystemen mit PVT-Kollektoren

Der Strom aus den PVT-Modulen wird, wie bei allen anderen PV-Anlagen auf dem Dach, direkt im Haus verbraucht oder ins Netz eingespeist. Für die Nutzung der Wärme sind unterschiedliche Anlagenkombinationen möglich, je nach Einsatzgebiet. 

• Direkte Einspeisung in einen Pufferspeicher für Warmwasser und Heizung: Diese Konfiguration ist vergleichbar mit der klassischen Solarwärmenutzung. Allerdings kann an heißen oder sonnenreichen Tagen die Wärme nur so lange abgeführt werden, bis der Pufferspeicher gefüllt ist. Da im Sommer in einem Wohnhaus nur wenig Wärme benötigt wird, kann das sehr schnell der Fall sein. Dadurch steigt auch die Temperatur der Module, wodurch ihr Wirkungsgrad sinkt.

• Kombination mit Sole- oder Luft-Wasser-Wärmepumpe: Bei der Kopplung der PVT-Kollektoren mit einer Wärmepumpe dient die Wärme aus den Kollektoren als Wärmequelle für die Wärmepumpe. Dadurch erhöht sich die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe. Falls ausreichend Strom erzeugt wird, kann dieser für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt werden.

• Kombination mit Erdsonde und Sole-Wärmepumpe: Eine Speicherung der Wärme aus den PVT-Kollektoren im Erdreich, mit Erdsonden oder -kollektoren, erhöht die Effizienz des gesamten Systems durch eine saisonale Speicherung.

Wenn die Leistung der Wärmepumpe nicht ausreicht, um den Bedarf im Gebäude zu decken, kann ein zusätzlicher Heizstab (vergleichbar mit einem Tauchsieder) oder Gas-Brennwertkessel für die Abdeckung der Spitzenlast eingeplant werden. 

Noch mehr Informationen zu PVT-Kollektoren findest du beim Projekt integraTE und bei energie-experten.org.

Vorteile von PVT-Kollektoren

• Die Nutzung einer Dachfläche zur Wärme- und Stromerzeugung führt zu einem höheren Ertrag auf gleicher Fläche.
• Die Kühlung der Solarzellen erhöht den Ertrag aus den Solarzellen.
• Das optische Erscheinungsbild auf dem Dach ist einheitlich.
• Im Verhältnis zu getrennten Systemen zur Wärme- und Stromerzeugung sind die Kosten gleich oder geringer.
• Geräuschloser Betrieb im Vergleich zu Luftwärmepumpen.
• Erhöhung der Effizienz von Wärmepumpen
• Platzsparend bei Sanierungen im Bestand
• Dauerhaft niedrige Betriebskosten und Reduzierung der CO2-Emissionen.

Nachteile von PVT-Kollektoren

• Hohe Kosten für die Kollektoren, da es bisher noch keine Massenfertigung dieser Technologie gibt.
• Unterschiedliche Gewerke, Elektro und Heizungsbau, arbeiten an den PVT-Kollektoren, dadurch ist eine gute Absprache erforderlich.
• Ertrag der PV-Module sinkt, wenn die Wärme nicht abgenommen wird
• Reicht nur bei geringem Wärmebedarf als alleinige Heizung aus.

Förderung für ein Heizsystem mit PVT-Kollektoren

Für Eigentümer, die an der Sanierung ihres Wohngebäudes interessiert sind, spielt die Förderung eine große Rolle. Ein Heizsystem mit PVT-Kollektoren trägt dazu bei, die Anforderungen der Förderung zu erfüllen bzw. ist für den Tausch eines Ölkessels an sich voll förderfähig. Es gibt jedoch eine Einschränkung, wenn Strom aus den Kollektoren ins Netz eingespeist und nach dem EEG vergütet werden soll. Dann zählt nur der thermische Teil zu den förderfähigen Kosten.

Bei einer Sanierung zum Effizienzhaus 55 erhalten Eigentümer eine maximale Förderung von 45 Prozent der förderfähigen Kosten, höchstens 67.500 Euro je Wohneinheit. Dazu muss die Heizung mit erneuerbaren Energien mindestens 55 Prozent des Energiebedarfs des Gebäudes abdecken.

Ist eine Sanierung zum Effizienzhaus 40 geplant und die PVT-Kollektoren decken mindestens 55 Prozent des Energiebedarfs des Gebäudes, erhöht sich die Förderung auf bis zu 50 Prozent der förderfähigen Kosten bis maximal 75.000 Euro je Wohneinheit.

Für den Austausch der Heizung gibt es ebenfalls eine attraktive Förderung. Die BAFA vergibt einen Zuschuss von bis zu 45 Prozent der Kosten beim Austausch einer Ölheizung, maximal 60.000 Euro je Wohneinheit. Beim Tausch einer Gasheizung beträgt der Zuschuss 35 Prozent der Kosten.

Es ist auf jeden Fall hilfreich, sich an einen Energieberater zu wenden. Dieser hilft das volle Potential der Förderung auszuschöpfen und den Antrag bei der KfW oder der BAFA zu stellen. Ein Energieberater kann auch einen individuellen Sanierungsfahrplan (iSFP) für das Gebäude aufstellen. Durch den Sanierungsfahrplan erhöht sich der Zuschuss für die neue Heizung um 5 Prozentpunkte.

Projektbeispiel Mehrfamilienhaus

Ein gutes Beispiel für den Austausch einer alten Ölheizung ist ein Mehrfamilienhaus in Bochum mit sechs Wohneinheiten. Der Eigentümer, der selbst Energieberater ist, hat den alten Öltank mit 12.500 Liter als Speicher für die Wärme aus den PVT-Kollektoren genutzt. Dieser dient einer Sole-Wärmepumpe als Wärmequelle, so dass keine Erdbohrung notwendig ist. Anstelle eines Batteriespeichers nimmt er zusätzlich überschüssigen Strom über einen Heizstab auf. Ein Gas-Brennwertkessel deckt die Spitzenlast an kalten Wintertagen und -nächten. Die Umschaltung erfolgt über einen Regler, abhängig von den Temperaturen im Quellenspeicher und der Außenluft.

Die 12 PVT-Kollektoren in diesem Projekt haben eine Fläche von 20,4 Quadratmeter und eine elektrische Leistung von 3,84 kWp sowie eine thermische Leistung von 14,3 kW.

Weitere Referenzprojekte mit PVT-Kollektoren im Wohnungs- und Nichtwohnungsbau findest du auf der integraTE Projektseite.

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Fazit

Für die Reduzierung der CO2-Emissionen im Gebäudesektor braucht es neue Heizsysteme, die weitgehend unabhängig von Öl oder Gas arbeiten. Wärmepumpen gelten dabei als die bevorzugte Lösung. Eine Kombination mit Solarwärme erhöht den Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Immerhin halbiert eine Sole-Wärmepumpe, die Solarwärme vom Dach und Umweltwärme nutzt, die CO2-Emissionen im Vergleich zu einem Gas-Brennwertkessel.

Solarwärme wird von der Photovoltaik immer weiter verdrängt. PVT-Kollektoren können für ihr Comeback sorgen. Sie sorgen zudem für ein einheitliches Erscheinungsbild auf dem Dach, denn es stehen nicht zwei verschiedenen Technologien nebeneinander. 

Ob der Einsatz von PVT-Kollektoren in einer Sanierung oder einem Neubau sinnvoll ist, muss im Einzelfall geklärt werden. Das kann nur der Energieberater beurteilen, der sich mit dem gesamten Gebäude beschäftigt.