Photovoltaik und Solarthermie sind verschiedene Wege, aus der Kraft der Sonne nutzbare Energie für unsere Städte und unser Zuhause zu gewinnen. Neben der Photovoltaik, mit deren Hilfe wir Strom aus Sonnenlicht gewinnen können, gibt es auch noch die sogenannte Solarthermie, damit ist nichts anderes als Wärme aus Sonne gemeint. Neben der Anlage selbst, ist der richtige Kollektor noch wichtig – unten sind einige aufgeführt.
Update 16.06.2023:
PVT-Module – Erzeugung von Strom und Wärme. Im Allgemeinen eignen sich diese Super-Zellen für Haushalte, die über begrenzte Dachflächen zur Solarenergiegewinnung verfügen. Durch die Kombination von PV und Solarthermie in einem Modul wird der Wirkungsgrad der Stromerzeugung verbessert und zusätzlich Wärme erzeugt.
Ein großer Vorteil ist das PVT-Module die Effizienz der Stromerzeugung optimieren, da sie die PV Zellen kühlen. Je wärmer desto geringer die Effizienz, so kommt der Effekt der Kühlung gelegen und kann somit auch kleinere nutzbare Dachflächen effizienter einsetzen.
Es gilt zu beachten. Auf Grund der hohen Effizienz sollte man die Größe der Anlage gut konzipieren. Im Sommer z.B. kann enorm viel Wärme produziert werden, diese muss aber auch abgenommen und verwertet werden, sonst verpufft der Effekt.
Obwohl PVT-Module in der Anschaffung teurer sind als PV-Module, lohnen sich die zusätzlichen Kosten, wenn nur wenig Dachfläche zur Verfügung steht. Wenn der Wärme- und Stromertrag deutlich unter dem Bedarf liegt, kann man mit PVT im Allgemeinen nichts falsch machen. Es ist jedoch wichtig, die Leitungs- und Ausbaukosten wirtschaftlich zu kalkulieren.
Gute Zusammenfassung – Hier geht es zum Video
Ähnlich wie bei der Photovoltaik, die mit Sonnenkollektoren arbeitet, funktioniert auch die Solarthermie mit Modulen, die Sonnenenergie auffangen und umwandeln. Das Ganze läuft mit einer Trägerflüssigkeit, die durch die Kollektoren fließt und so von der Sonnenstrahlung erwärmt wird. Nach diesem Prozess wird die erhitzte Flüssigkeit wieder ins Haus geleitet und dort in den Wärmespeicher weitergegeben. So kann mit der eingesammelten Wärme der Kollektoren das Haus geheizt, oder aber auch das Warmwasser gespeist werden. Es gibt dabei verschiedene Arten von Kollektoren für unterschiedliche Ansprüche:
Der Flach-Kollektor ist der am weitesten verbreitete, wenn es um Solarthermie geht
Laut Befragungen wird bei über 80 % der verbauten Anlagen diese Art von Kollektor verwendet, und das hat seine Gründe. Denn der Flach-Kollektor hat einen sehr guten Wirkungsgrad, der erst bei sehr hohen Temperaturen stagniert. Das ist in der Realität jedoch selten ein Problem. Vor allem für die Warmwasser-Aufbereitung ist dieser Kollektor das Mittel der Wahl, denn er ist auch noch günstiger in der Anschaffung als sein Vetter der Röhrenkollektor.
Empfehlung: Hier kannst du dir ein Video zur Erklärung Photovoltaik / Solarenergie ansehen.
Das Herzstück des Kollektors ist der sogenannte Absorber. Dieser ist je nach Hersteller entweder aus Kupfer oder Aluminium gefertigt, und ist dafür zuständig, die Sonnenstrahlung in Wärme umzuwandeln. Durch diese Rohre fließt die Trägerflüssigkeit, die dort erhitzt wird. Wegen der guten Leitfähigkeit sind diese Rohre meist aus Kupfer gefertigt, selten aus Aluminium. Anschließend strömt die Trägerflüssigkeit wieder zurück ins Haus in den Wärmespeicher. Damit dabei nicht zu viel Wärme verloren geht, sollte der Kollektor und die Leitungen gut gedämmt sein.
Der Wirkungsgrad des Flachkollektors ist mit 60 – 85 % sehr gut. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der auftreffenden Sonnenenergie in für uns nutzbare Energie umgewandelt wurde. Wenn man mit dem Flach-Kollektor seine Wohnräume heizen möchte, sollte man ungefähr mit einem Quadratmeter Kollektorfläche pro zehn Quadratmeter Wohnraum rechnen. Bei der Aufbereitung von Warmwasser sollte man ca. 1,5 Quadratmeter Kollektorfläche pro Person im Haushalt annehmen. Die Preise pro Quadratmeter beim Flachkollektor beginnen bei etwa 300 € / m² ohne Installation.
Der Vakuumröhren-Kollektor, anderes Wirkungsprinzip, höhere „Energieausbeute“
Der Röhren-Kollektor hat ein etwas anderes Funktionsprinzip als der Flach-Kollektor, in ihm befinden sich einzelne Röhrchen, die den Absorber bilden. Darin herrscht ein Vakuum. So isoliert kann kaum Wärme aus den Röhrchen entweichen, denn wo keine Luft ist, kann auch nichts geleitet werden. Die Röhrchen werden in ihrem Inneren von der Trägerflüssigkeit durchströmt, und diese erhitzt sich so. In den Röhrchen befindet sich nämlich eine weitere Leitung, durch die die Trägerflüssigkeit hinein- und wieder herausströmen lässt.
Neben all den Begrifflichkeiten, möchten wir euch dieses Video empfehlen, so dass ihr auch die Begriffe Röhren-Kollektor und Flach-Kollektor auseinanderhalten könnt.
Die Energieausbeute des Vakuum-Röhren-Kollektors ist damit auch deutlich höher als beim Flach-Kollektor. Gerade bei sehr hohen Temperaturen auf dem Dach im Sommer hat er eine bessere Effizienz. Aber auch im Winter hat er eine höhere Energieausbeute als sein flacher Kollege. Der Röhrenkollektor kann so einen Wirkungsgrad von bis zu 90 % erreichen.
Aufgrund der aufwendigen und komplexen Produktion sind aber auch die Kosten für die Anschaffung deutlich höher. In der Regel etwa 30 % teurerer als der Flachkollektor. Pro Quadratmeter Kollektorfläche ist mit ca. 400 € zu rechnen, natürlich gibt es auch teurere Modelle. Diese Art von Kollektor ist besonders gut dafür geeignet, Räume zu heizen oder andere Prozesse zu unterstützen, bei denen hohe Temperaturen benötigt werden. Der Flach-Kollektor schafft keine solch hohen Temperaturen. Soll der Kollektor die Heizung des Gebäudes unterstützen, sollte man mit ca. 0,8 Quadratmeter Kollektorfläche pro zehn Quadratmeter Wohnfläche ausgehen.
Der Luft-Kollektor frierst selbst bei tiefsten Temperaturen nicht ein
Dann gibt es da noch den Luft-Kollektor, dieser unterscheidet sich grundsätzlich von den anderen Modellen, denn er arbeitet nicht mit einer Trägerflüssigkeit. Der Luft-Kollektor arbeitet mit Luft, die in die Module gepumpt wird, sodass sie sich dort erwärmt. Die erhitzte Luft kann für vielfältige Verwendungszwecke gebraucht werden. Er eignet sich besonders für Luftheizsysteme, wie sie beispielsweise in Schwimmbädern oder Fabrikhallen verbaut werden.
Das hat den Vorteil, dass er auch bei tiefsten Temperaturen im Winter nicht einfrieren kann, da keine Flüssigkeit enthalten ist. Allerdings hat Luft als Trägermedium den Nachteil, dass sie die Wärme nicht so gut aufnehmen und weitertransportieren kann wie eine Flüssigkeit, da ihr dafür die Dichte fehlt. Auch die Speicherung gestaltet sich schwieriger.
Hinzu kommt, dass für den Betrieb Ventilatoren vonnöten sind, die mit Strom angetrieben werden müssen. Diese sind oftmals energieintensiver als die Pumpen bei Flach- oder Röhrenkollektoren. Ein Luftkollektor-Heizsystem für einen Raum kostet etwa 600 € aufwärts, allerdings ohne Versand und Einbau. Dafür sind die Systeme sind über Jahrzehnte einsetzbar und können kaum Schaden nehmen.
Der Hybrid-Kollektor – zwei Eigenschaften für die optimale Gewinnung von Strom aus Sonnenstrahlen
Der Hybrid-Kollektor vereint zwei Eigenschaften unter sich. Und zwar die thermische Gewinnung von Wärme und die photovoltaische Gewinnung von Strom. So holst du das Optimum an Energie aus der Sonnenstrahlung heraus. Hybrid-Kollektoren bestehen aus zwei Komponenten, um beide Energien umwandeln zu können. Den Solarzellen für die Gewinnung von Strom und außerdem den Absorber-Elementen, die Wärme mithilfe einer Trägerflüssigkeit gewinnen können.
Diese Kombination hat einen weiteren, entscheidenden Vorteil, denn durch die Absorber, die die Wärme des Moduls an den Wärmespeicher abführen, wird er gleichzeitig auch gekühlt. So sinkt die Temperatur des Kollektors, und dadurch steigt die Effizienz der Solarzellen. Diese sind bei sehr hohen Temperaturen des Moduls nämlich weniger effektiv bei der Stromgewinnung. Diese Art von Kollektor kann man auch ideal mit einer Wärmepumpe kombinieren, sodass beide Komponenten davon profitieren.
Gut zu wissen: Siehe auch die Unterschiede bei den PV Anlagen an sich.
Was gibt es bei Photovoltaik und Solarthermie sonst noch zu beachten?
Die optimale Ausrichtung der Anlage ist von entscheidender Bedeutung für den gesamten Wirkungsgrad, denn sonst trifft die Sonnenstrahlung nicht im optimalen Winkel auf und verliert an Intensität. Die ideale Ausrichtung (in unseren Breiten) der Kollektoren ist natürlich nach Süden, denn so kann gerade in den Mittagsstunden am meisten Energie aufgenommen werden. Allerdings ist aus baulichen Gründen eine optimale Ausrichtung nicht immer möglich. Was dann?
Keine Panik, denn auch bei einer Verschiebung um bis zu 30 Grad nach Osten oder Westen, ist der Verlust kaum zu bemerken und liegt bei nur rund fünf Prozent. So sind auch Hausdächer mit einer Ausrichtung nach Süd-Ost oder Süd-West immer noch gut geeignet für Solarthermie. Im Westen sind allerdings etwas höhere Erträge möglich, daher sollte man diese Ausrichtung vorziehen, wenn die Wahl besteht.
Sollte auch das nicht möglich sein, kann die Anlage auch mit Ständern oder anderen Fixierungen in die richtige Position für einen hohen Energieertrag gebracht werden. Außerdem sollte darauf geachtet werden, dass die Anlage nicht durch Bäume oder andere Gebäude verschattet wird, denn das reduziert den Ertrag enorm. Beobachte vor Installation der Anlage den Schattenverlauf über den Tag.
Staatliche Förderung für Solarthermie- und Photovoltaikanlagen
Wenn du dich entschieden hast in eine Solarthermie-Anlage für dein Haus zu investieren, kannst du auch von Fördermitteln des Staates Gebrauch machen, und so einen Teil deiner Investition gleich zurückholen. Dasselbe gilt für Photovoltaikanlagen, auch diese können mit einem Zuschuss gefördert, jedoch sind die Bedingungen andere. Das werden wir noch ausführlich in einem anderen Artikel vorstellen. Eines solltet ihr nicht vergessen, neben technischen Daten ist es wichtig einen guten Plan und eine konkrete Vorstellung bei der Anschaffung einer PV-Anlage zu haben. Dazu emphiehlt sich eine Checkliste, welche ihr im folgenden Artikel downloaden könnt.
Fazit Photovoltaik und Solarthermie – wobei ein Großteil des eigenen Wärmebedarfs mit Solarthermie abgedeckt werden kann
Mit einer modernen Solarthermie-Anlage lässt sich ein Großteil des Wärmebedarfs im Haushalt, durch die eigene Erzeugung abdecken. Das schont sowohl die Umwelt, wenn wir Sonnenlicht anstatt Gas nutzen, als auch den Geldbeutel. Wie sehr sich eine solche Anlage in deinem konkreten Fall rentiert, kann man anhand der Daten und des Standorts grob berechnen. Die meisten Installations-Unternehmen führen auch Beratungen durch, hier kannst du dir auch zuverlässige Informationen holen. Lesetip: Siehe dazu auch Wirkungsgrad unterschiedlicher Modultypen.
