Integrieren statt separieren
PV-Thermie-(PVT)-Systeme kombinieren beide Arten von Solarenergie in einem Gerät
Solarwärme und Solarstrom können ein gutes Team bilden. Dies ist ein großer Vorteil, wenn die Dachfläche begrenzt ist. In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach dieser neuen Art von Solartechnik zugenommen.
In mehreren europäischen Ländern nimmt der PVT-Markt derzeit Fahrt auf – allen voran in Frankreich und in der Schweiz. „Wir sehen das Interesse an neuen PVT-Lösungen in mehreren Ländern, da die Dachfläche in städtischen Gebieten begrenzt ist“, sagt Jean-Christophe Hadorn, Manager der Schweizer Hadorn Business Consulting. Im Jahr 2016 installierte Frankreich laut französischem Branchendienst Observ‘ER 620 PVT-Anlagen mit einer PV-Leistung von 1,6 MW (In der Frankreich-Statistik kommt PVT bei der PV vor). Die meisten PVT-Anlagen in Frankreich liefern warmes Wasser oder warme Luft zum Heizen von Einfamilienhäusern.
PVT: Aufbau und Wirkweise
In der Schweiz dominieren wasserbasierte PVT-Systeme den Markt. Die Paneele haben die gleiche Größe und Struktur wie PV-Module, doch wird auf die Rückseite des PV-Moduls ein Wärmeabsorber laminiert, geklemmt oder geklebt. PVT-Systeme werden zunehmend in Kombination mit Erdwärmepumpen eingesetzt, weil die Solarenergie den Boden im Sommer wieder erwärmt – praktisch um die Wärmequelle zu „regenerieren“, wie es Experten nennen. Forscher vom Schweizerischen Institut für Solartechnik (SPF) schätzen, dass Ende 2016 in der Schweiz 300 PVT-Anlagen in Betrieb waren. Trotz der wachsenden Nachfrage ist PVT immer noch eine junge Technologie.
PVT-Technologien ermöglichen eine sehr effiziente Arbeitsweise. Die PV-Module nutzen – abhängig von der eingesetzten Zelltechnologie – 15 bis 20 % der einfallenden Sonnenenergie. Der Rest geht in Form von Wärme verloren. PVT-Elemente nutzen diese „verlorene“ Energie, um Luft oder Wasser zu erwärmen. Gleichzeitig kühlt die Ableitung der Wärme die PV-Zellen ab und lässt sie so effizienter arbeiten. Die produzierte Menge an Strom und Wärme hängt jedoch von vielen Variablen ab. Deshalb sieht Hadorn die dringende Notwendigkeit, mehr Transparenz bezüglich Ertrag, Kosten und Zertifizierung verschiedener Arten von PVT-Systemen zu schaffen.
Forschungsprojekt sammelt Daten
Aus diesem Grund wird das IEA SHC-Forschungsprojekt Betriebsdaten von Heiz- und Kühlsystemen mit PVT-Komponenten sammeln, mit dem Ziel, die Daten mit dem simulierten Ertrag zu vergleichen. Simulationstools können dadurch optimiert werden. Das Programm „Solar Heating and Cooling“ der Internationalen Energieagentur (IEA SHC) ist ein globales Forschungs- und Kommunikationsprojekt namens „Task 60: Anwendung von PVT-Kollektoren und neue Lösungen in HLK-Systemen“.
Wissenschaftler des SPF haben bereits einige Untersuchungen durchgeführt: PVT-Kollektoren in der Zentralschweiz liefern in der Regel einen jährlichen elektrischen Ertrag von etwa 160 kWh/m². Die Warmwasserproduktion hängt stark von der Anwendung ab: Je niedriger die erforderliche Temperatur, desto höher die verfügbare Energiemenge. Wird Warmwasser direkt (für Duschen etc.) erhitzt, können jährlich rund 150 kWh Wärme pro Quadratmeter Kollektorfläche gewonnen werden. Wird das Wasser nur vorgewärmt, sind 250 kWh/m² pro Jahr möglich. Bei der Regeneration der Bohrlöcher von Erdwärmesonden können jährliche Solarerträge von 300 bis 400 kWh/m² erzielt werden.
Wie stark die Stromerzeugung von der Kühlwirkung der PVT-Technologie profitiert, hängt von der Betriebstemperatur auf der Wärmeseite ab. Niedrigtemperaturanwendungen führen zur höchsten Effizienzsteigerung: Sie ermöglichen im Vergleich zu Standard-PV-Systemen typischerweise einen Anstieg der jährlichen Solarstromerzeugung um 5 %.
Aufstrebende, junge Industrie
Aufseiten der Hersteller sieht Hadorn, der zugleich auch Projektleiter ist, ein großes Interesse am IEA SHC-Projekt. In den letzten drei Jahren dominierten immer mehr spezialisierte Anbieter mit bewährten Technologien die europäischen PVT-Märkte. Einer von ihnen ist das in Frankreich ansässige Unternehmen Dualsun, das am Task 60 teilnimmt. Es hat laut eigenen Angaben bereits mehr als 500 PVT-Projekte in Europa realisiert. Dualsun hat Monitoring-Daten für zwei 300 m² große PVT-Felder für kommerzielle Schwimmbäder in Südfrankreich veröffentlicht, die mit Simulationsergebnissen gut übereinstimmen. Dies zeigt, dass die Co-Produktion von Wärme und Strom zuverlässig vorhergesagt werden kann.
Autorin: Bärbel Epp leitet seit 2008 die deutsche Marktforschungsagentur solrico, die sich auf die Analyse von Solarthermiemärkten spezialisiert hat.
Weitere Informationen:
http://task60.iea-shc.org/
www.iea-shc.org