PVT: SolarStrom und Solarthermie & Wärmepumpe

Ein PVT-System (Photovoltaic-Thermal) in Kombination mit einer Wärmepumpe ist eine innovative und hocheffiziente Lösung zur Erzeugung von Strom und Wärme für ein Gebäude. Im Zusammenhang mit nachhaltiger Energie gewinnt es zunehmend an Aufmerksamkeit.

 

Wie es funktioniert

 

Ein PVT-Kollektor, auch bekannt als Hybrid-Solarpanel, integriert sowohl Photovoltaik (PV)-Zellen als auch einen Wärmeabsorber in einer einzigen Einheit.

 

Photovoltaik (PV) Teil: Die Vorderseite des Panels besteht aus Solarzellen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln, genau wie bei einem normalen PV-Panel.

 

Thermisches (T) Teil: Auf der Rückseite der Platte befindet sich ein Wärmetauscher (typischerweise Rohre, durch die eine Flüssigkeit wie Salzlake fließt). Dieser Wärmetauscher fängt die von den PV-Zellen erzeugte Wärme ein und absorbiert auch Wärme aus der Umgebungsluft und diffuniert sogar Tageslicht.

 

In Kombination mit einer Wärmepumpe entwickelt sich der Prozess wie folgt:

 

Wärmesammlung: Die Flüssigkeit im PVT-Kollektor absorbiert Wärme von der Platte selbst (die durch Sonneneinstrahlung warm wird) und von der Umgebungsluft. Dies macht den PVT-Kollektor zu einer Quelle für Niedertemperaturwärme.

 

Betrieb der Wärmepumpe: Die Wärmepumpe verwendet diese gesammelte Niedertemperaturwärme als Primärquelle. Es komprimiert dann das Kältemittel und erhöht seine Temperatur auf ein verwertbares Niveau für Raumheizung und Warmwasser.

 

Kühleffekt auf PV-Zellen: Wenn die Wärmepumpe Wärme aus dem PVT-Kollektor absaugt, kühlt sie die PV-Zellen aktiv. Dies ist ein erheblicher Vorteil, da kühlere PV-Zellen effizienter Strom erzeugen.

 

Strom für Wärmepumpe: Der vom PV-Teil des Systems erzeugte Strom kann die Wärmepumpe direkt mit Strom versorgen, was die Gesamteffizienz des Systems weiter erhöht und die Abhängigkeit vom Netzstrom verringert.

 

Wärme für das Gebäude: Das erhitzte Wasser aus der Wärmepumpe wird dann durch das Heizsystem des Gebäudes (z. B. Fußbodenheizung, Heizkörper) zirkuliert und/oder in einem Warmwasserspeicher gespeichert.

 

Vorteile

 

Hohe Gesamteffizienz: Durch die Kombination von Strom und Wärmeerzeugung erzielen PVT-Systeme im Vergleich zu separaten PV- und Solarthermiesystemen eine höhere Gesamtenergienutzung aus derselben Dachfläche. Die aktive Kühlung von PV-Zellen durch die Flüssigkeit der Wärmepumpe erhöht ebenfalls die elektrische Effizienz.

 

Platzsparend: Ein Panel erfüllt zwei Funktionen und benötigt weniger Platz auf dem Dach als die Installation separater PV- und Solarwärmekollektoren.

 

Verbesserte Wärmepumpenleistung: Der PVT-Kollektor bietet im Vergleich zur Umgebungsluft eine wärmere und stabilere Wärmequelle für die Wärmepumpe, insbesondere bei kälteren Bedingungen. Dies erhöht den Leistungskoeffizienten (COP) der Wärmepumpe, was bedeutet, dass sie mehr Wärme mit weniger Strom erzeugt.

 

Reduzierte Energiekosten: Ein geringerer Stromverbrauch für die Wärmepumpe (aufgrund höherer COP und selbst erzeugter Elektrizität) führt zu erheblichen Einsparungen bei den Energiekosten.

 

Reduzierte Vereisung: Einige PVT-Systeme sind so konzipiert, dass sie auch bei gefrorenen Bedingungen Wärme abschöpfen und so die Ansammlung von Eis auf den Paneelen verhindern oder reduzieren, was bei herkömmlichen Luftwärmepumpen ein Problem sein kann.

 

Leiser Betrieb: Im Gegensatz zu herkömmlichen Luftwärmepumpen mit Außengeräten und Ventilatoren haben PVT-Systeme mit Wärmepumpen oft keine Außengeräuschquelle, da der Wärmeaustausch im Kollektor selbst stattfindet.

 

Potenzial für die Kühlung: Einige PVT-Systeme können auch in den wärmeren Monaten eine aktive Kühlung bereitstellen, indem sie den Wärmepumpenzyklus umkehren.

 

Keine Bohrlöcher erforderlich (für einige Systeme): Bestimmte PVT-Systeme können als einzige Wärmequelle für die Wärmepumpe fungieren, wodurch die Notwendigkeit teurer und komplexer Erdbohrungen, die häufig mit Erdwärmepumpen in Verbindung gebracht werden, entfällt.

 

Nachteile und Herausforderungen

 

Höhere Vorabkosten: PVT-Systeme haben in der Regel eine höhere Anfangsinvestition im Vergleich zu Standard-PV- oder Luftquellen-Wärmepumpensystemen allein, obwohl dies durch langfristige Einsparungen ausgeglichen werden kann.

 

Komplexität: Die Integration zweier Technologien kann das System im Vergleich zu eigenständigen Systemen komplexer gestalten, installieren und warten.

 

Dachbelastung: PVT-Module können schwerer sein als Standard-PV-Panels, was möglicherweise stärkere Dachstrukturen erfordert.

 

 

Systemdimensionierung: Die richtige Dimensionierung des PVT-Arrays und der Wärmepumpe ist entscheidend für eine optimale Leistung, die komplexer sein kann als die Dimensionierung einzelner Systeme. Pro 1 KW Heizleistung wird ein PVT Kollektor benötigt.

 

Abhängigkeit von Sonnenlicht: Während PVT-Kollektoren Wärme aus der Umgebungsluft extrahieren können, ist ihre thermische und elektrische Leistung immer noch stark von der Sonnenstrahlung abhängig. Eine zusätzliche Wärmequelle kann bei längeren Zeiträumen mit niedriger Sonne oder extremer Kälte benötigt werden.

 

Effizienz und Kosten

 

Effizienz: Die Effizienz von PVT-Systemen mit Wärmepumpen wird oft durch den saisonalen Leistungsfaktor (SPF) für den Heizteil und die gesamte Stromerzeugung gemessen. Studien zeigen, dass ein gut konzipiertes PVT-Wärmepumpensystem einen Lichtschutzfaktor von 3,6 oder höher erreichen kann und weniger Strom verbraucht als vergleichbare Luftwärmepumpen. Der aktive Kühleffekt kann auch zu einer Verbesserung der elektrischen Effizienz von 11-12 % für die PV-Zellen führen.

 

Kosten: Die Gesamtkosten eines PVT-Systems mit einer Wärmepumpe können je nach Größe des Systems, den spezifischen Komponenten und den Installationskosten erheblich variieren. Schätzungen deuten darauf hin, dass die Gesamtkosten für Ausrüstung und Installation für einen typischen Haushalt im Bereich von 22.000 bis 25.000 € liegen könnten, obwohl dies stark variieren kann. Während die Vorabkosten höher sind, können die reduzierten Betriebskosten und potenziellen Subventionen es langfristig zu einer finanziell attraktiven Option machen.

 

Fazit

 

PVT-Systeme in Kombination mit Wärmepumpen bieten eine leistungsstarke und effiziente Lösung für die Versorgung von erneuerbaren Strom und Wärme für Gebäude. Ihre Fähigkeit, gleichzeitig Strom zu erzeugen und Wärme zu nutzen und gleichzeitig die Effizienz beider Komponenten zu verbessern, macht sie zu einer vielversprechenden Technologie, um eine größere Energieunabhängigkeit zu erreichen und Kohlenstoffemissionen zu reduzieren. Für eine erfolgreiche Umsetzung sind jedoch eine sorgfältige Planung und Berücksichtigung der Erstinvestition wichtig.