PV und Wärmepumpe: Strom und Wärme vom Dach nutzen
PVT-Kollektoren verbinden Photovoltaik und thermische Wärmegewinnung. Sie erzeugen Strom und stellen zugleich Wärme für eine geeignete Wärmepumpe bereit. Dadurch lässt sich die Dachfläche doppelt nutzen. Der selbst produzierte Solarstrom kann in Form von Wärme gespeichert werden, die die Wärmepumpe in Trinkwarmwasser- und Pufferspeichern sowie im Gebäude selbst einlagert.
Das Verfahren eignet sich für Hausbesitzer, die den Eigenverbrauch ihrer Solarstromanlage erhöhen wollen: Eine abgestimmte Planung verbindet Kollektortyp und -fläche mit dem Wärmebedarf des Gebäudes und der Leistung der Wärmepumpe. Sie berücksichtigt auch kalte und sonnenarme Zeiten und klärt, ob eine weitere Wärmequelle oder Zusatzheizung sinnvoll ist.
Beispiele aus der Praxis:
PVT und Wärmepumpe: Sonnenenergie doppelt nutzen
PVT-Kollektoren erzeugen auf derselben Fläche Strom und Wärme. Je nach Bauart nehmen sie neben Solarwärme auch Wärme aus der Umgebungsluft auf. Diese Energie kann einer geeigneten Wärmepumpe als Wärmequelle dienen. Bei entsprechender Auslegung kann die Kollektorfläche auch bei Minusgraden Wärme bereitstellen.
Damit das Zusammenspiel über das ganze Jahr funktioniert, werden Kollektortyp, Fläche, Standort, Gebäudebedarf und Wärmepumpe gemeinsam ausgelegt. So lässt sich frühzeitig klären, ob für besonders kalte oder sonnenarme Zeiten eine zusätzliche Wärmequelle oder Zusatzheizung sinnvoll ist.
Beispiele aus der Praxis:
PVT und Wärmepumpe im saarländischen Mehrfamilienhaus
Bauformen von PVT-Kollektoren
Die Vorderseite eines PVT-Moduls funktioniert wie ein klassisches Photovoltaik-Modul. Sie wandelt Sonnenlicht in Strom um. Der Unterschied liegt auf der Rückseite. Dort befindet sich der thermische Teil, der Wärme aufnimmt. Je nach Bauweise gibt es zwei grundlegende Varianten:
Ungedeckte PVT-Kollektoren
Bei dieser Bauart liegt unter dem PV-Modul ein Wärmetauscher ohne zusätzliche Abdeckung oder Dämmung. Durch diesen Wärmetauscher fließt eine Flüssigkeit (meist ein Wasser-Glykol-Gemisch). Sie nimmt Wärme aus der Umgebung auf. Dafür braucht es nicht nur die Sonne, sondern vor allem auch Umweltwärme aus der Luft unter dem Modul. Entsprechend arbeiten ungedeckte PVT-Kollektoren mit niedrigen Temperaturen nahe der Außenluft und können selbst bei geringer Sonneneinstrahlung oder nachts noch Energie liefern. Überschüssige Wärme wird an die Umgebungsluft abgegeben, wodurch eine Überhitzung vermieden wird. Insgesamt eignen sich ungedeckte Systeme besonders für die ganzjährige Wärmegewinnung. Diese Bauart ist besonders sinnvoll einzusetzen in Kombination mit (PVT-)Wärmepumpen. Denn die Wärmepumpen können auch mit niedrigen Temperaturen effizient arbeiten und nutzbare Heizwärme und Warmwasser an das Gebäude abgeben. Auch bei Nacht, im Winter oder auf der Nordseite von einem Dach.
Gedeckte PVT-Kollektoren
Diese Bauart ist vergleichbar mit klassischer Solarthermie. Über den PV-Zellen liegt eine zusätzliche Glasscheibe. Zwischen Glas und Modul entsteht eine Luftschicht, die Wärmeverluste reduziert. Auf der Rückseite sitzt ebenfalls ein Wärmetauscher mit Flüssigkeit. Gedeckte PVT-Kollektoren erreichen dadurch höhere Temperaturen als ungedeckte Systeme und weisen geringere Wärmeverluste auf. Ihre Funktionsweise ähnelt der eines Solarthermie-Kollektors, weshalb die erzeugte Wärme häufig direkt genutzt werden kann, beispielsweise für die Warmwasserbereitung. Allerdings ist ihre Leistung stark von der Sonneneinstrahlung abhängig.
PVT-Ready: Die richtige Wärmepumpe finden
PVT-Kollektoren als Wärmequelle stellen besondere Anforderungen an die Wärmepumpe, denn die Temperaturen der Sole aus dem Solarkreis können stark schwanken. In den Sommermonaten liegt die Temperatur bei bis 70 Grad Celsius, je nach Bauform des PVT-Kollektors. In kalten Winternächten kann die Sole mit Temperaturen bis zu minus 15 Grad Celsius vom Dach kommen. Ob eine Sole-Wärmepumpe auch für PVT-Anwendungen mit größeren Temperaturschwankungen ausgelegt ist, wird durch das PVT-Ready Label kenntlich gemacht. Der freigegebene Bereich der Eintrittstemperatur der Wärmequelle für die Wärmepumpe ist dabei ein entscheidendes Kriterium.
Grundprinzip der PVT-Ready Definition ist, dass die Regelung der Wärmepumpe möglichst gut auf die Besonderheiten der PVT-Kollektoren ausgerichtet ist, um „Bastellösungen“ mit vielen Schnittstellen zu vermeiden. Die technischen Standards wurden von drei Forschungspartnern bei IntegraTE-XL gemeinschaftlich diskutiert und beschlossen. IntegraTE-XL ist eine Initiative des Fraunhofer ISE zur Marktetablierung und Verbreitung von Anlagen zur thermisch-elektrischen Energieversorgung mittels PVT-Kollektoren und Wärmepumpen für bestehende große Mehrfamilienhäuser und Gewerbeliegenschaften.
FAQ
Ist PVT das Gleiche wie Solarthermie?
Nein. Solarthermische Kollektoren nutzen Sonnenstrahlung zur Wärmegewinnung. PVT-Kollektoren verbinden Photovoltaik zur Stromerzeugung mit einer thermischen Nutzung. Je nach Bauart nehmen sie Wärme aus der Sonnenstrahlung und der Umgebungsluft auf und können diese einer geeigneten Wärmepumpe als Wärmequelle bereitstellen. Dadurch können geeignete PVT-Systeme auch bei geringer Sonneneinstrahlung Wärme bereitstellen. Ob ein Gebäude damit ganzjährig ohne zusätzlichen Wärmeerzeuger versorgt werden kann, hängt von Kollektortyp, Fläche, Standort, Gebäudebedarf und der Auslegung der Wärmepumpe ab.
Überhitzen die PVT-Module im Sommer, wenn nicht geheizt wird?
Die erreichbaren Temperaturen hängen von der Kollektorbauart, der Wärmeabnahme und den Umgebungsbedingungen ab. Je nach Bauart kann Wärme über einen Wärmetauscher an die Umgebungsluft abgegeben werden. Zulässige Temperaturen und erforderliche Schutzmaßnahmen sind den Herstellerunterlagen zu entnehmen. Eine allgemeine Temperaturdifferenz gegenüber herkömmlichen PV-Modulen lässt sich nicht angeben.
Heizt ein PVT-System auch im Winter zuverlässig?
Bei der Kombination aus PVT-Modulen und PVT-Wärmepumpe kann auch bei Minustemperaturen und Schnee auf den Modulen Wärmeenergie gewonnen werden. Denn das Glykol-Gemisch in den Leitungen der PVT-Module ist oft kälter als die Umgebungsluft. So wandert die Wärme nach dem physikalischen Prinzip von „warm“ zu „kalt“.