Wer die Wahl hat, hat bekanntlich auch die Qual. So spielen viele Hauseigentümer mit dem Gedanken die kostenlose und unbegrenzte Energie der Sonne für sich zu nutzen. Doch welches System soll nun den eigenen Energiebedarf decken? Da gäbe es die Solarthermie, welche für Warmwasser sorgen und gleichzeitig die Heizung unterstützen kann. Andererseits könnte man mit einer Photovoltaikanlage auf dem Dach seinen eigenen Strom erzeugen und diesen sogar gegen einen festen Betrag ins öffentliche Stromnetz speisen. Warum nicht beides gleichzeitig nutzen?
Es klingt schon sehr verlockend:
Dieser Gedanke ist nicht so abwegig wie so mancher denken mag, da ja beide Anlagen die Kraft der Sonne nutzen. Man könnte quasi zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen und den fossilen Brennstoffen den Rücken kehren. Weil die sogenannten Hybridmodule die Technik von Photovoltaik und Solarthermie in sich vereinen. So können Häuslebauer mit Hilfe der Sonne ihren eigenen Strom erzeugen und gleichzeitig warmes Wasser für die Heizungsanlage oder den Wasserhahn gewinnen. Außerdem hätte man dann nicht zwei unterschiedliche Kollektoren auf dem Hausdach und gewinnt so ein einheitliches Bild. Denn das Auge isst ja bekanntlich mit. Doch sind Hybridmodule wirklich die „eierlegende Wollmilchsau“, wie es auf den ersten Blick den Eindruck macht? Aber warum sind diese so selten auf den Dächern Deutschlands anzutreffen?
Der kleine aber feine Unterschied
Um zu verstehen, wo die Probleme bei einem Hybridmodul liegen, muss man zuerst die Wirkungsweisen der einzelnen Systeme verstehen. Klar ist, dass beide zur Energiegewinnung die Sonne nutzen. Aber wo liegt nun der Unterschied?
Solarthermie: Warmes Wasser von der Sonne
Manche mögen’s heiß - Bei einer Solarthermieanlage wird durch die Kraft der Sonne die sogenannte Solarflüssigkeit in den Sonnenkollektoren erhitzt. Dabei gilt: je wärmer die Temperaturen auf dem Hausdach, desto höher ist auch der Wirkungsgrad. Diese Faustregel ist auch wenig verwunderlich, da eine Solarthermie schließlich warmes Wasser erzeugen soll. Eine Umwälzpumpe sorgt für einen ständigen Austausch der Trägerflüssigkeit, welche die Wärme von den Sonnenkollektoren auf dem Dach zu dem Pufferspeicher im Keller transportiert. Je nach Art der Solarthermie kann so die Zentralheizung entlastet und/oder warmes Brauchwasser für den Haushalt bereitgestellt werden.
Photovoltaik: Die Sonne als hauseigenes Kraftwerk
Technik die begeistert - Wer seine Stromrechnung senken möchte, der kann mit einer Photovoltaikanlage seinen eigenen Strom erzeugen. Dieser kann entweder selbst verbraucht oder in das öffentliche Stromnetz zu einem festen Betrag eingespeist werden. Allerdings ist der Betrag leider schon seit Jahren kontinuierlich gesunken, weshalb dieser Nebenverdienst für den Privathaushalt kaum noch lukrativ ist.
Wie bei einer Solarthermie braucht auch die Photovoltaikanlage spezielle Module auf dem Dach, welche die Energie der Sonne in Strom umwandelt. Dabei wird zunächst Gleichstrom erzeugt, der durch einen Wechselrichter zu Wechselstrom umgewandelt wird. Kurios aber wahr. Je niedriger die Temperaturen auf dem Dach sind, desto höher ist dabei der Wirkungsgrad eines Photovoltaikmoduls. Das liegt an den Kristallen in den Kollektoren. Sie arbeiten am effizientesten bei ca. 20° bis 25° Celsius.
Das Problem: Die Temperatur eines Hybridmoduls
Wer diesen Beitrag bisher aufmerksam verfolgt hat, der wird bereits auf einen Widerspruch gestoßen sein. Während Solarthermieanlagen möglichst hohe Temperaturen benötigen, um effizient zu arbeiten, ist es bei Photovoltaikanlagen genau anders herum. In der Praxis führt dies zu entsprechenden Problemen. Denn gerade in den Sommermonaten hat die Solarthermie den Hygienespeicher schon zur Mittagszeit komplett erwärmt. Um eine Überhitzung des Hygienespeichers zu vermeiden, werden entsprechende Ventile geschlossen. Allerdings hört die Solarthermie nicht einfach auf Wärme zu produzieren und so können auf dem Dach schon einmal Temperaturen von bis zu 140° Celsius herrschen.
Das ist der Photovoltaikanlage aber entschieden zu warm und weit entfernt von ihrer Wohlfühltemperatur. Man muss dabei wissen, dass Photovoltaikanlagen mit jedem gestiegenen Grad Celsius einen Leistungsverlust von ca. 0,5 Prozent verzeichnen. Wenn wir jetzt von einer Wohlfühltemperatur von 25° C und einer Ist-Temperatur von 140° C auf dem Dach ausgehen, wäre das eine Differenz von 115° Celsius. Diese Differenz summiert den Leistungsverlust der Photovoltaikanlage also um 57,5 Prozent. Und das ausgerechnet zur besten Einspeisezeit, denn gerade um die Mittagszeit würde ein Photovoltaikmodul den meisten Strom produzieren. An der Seite der Solarthermie allerdings, liefern die Kristalle der Photovoltaikanlage nur noch die Hälfte des möglichen Sonnenstromertrags.
Die Lösung: Die Wärme muss abgeführt werden
Man mag es kaum glauben aber die Hitze ist das Problem. Um ein Hybridmodul nun effizient nutzen zu können, muss also überschüssige Wärme abgeleitet werden. Dies stellt sich in den Sommermonaten allerdings schwieriger raus, als gedacht. Denn schließlich ist die naheliegendste Lösung, die Wärme über den Heizkörper zu nutzen, bei 30° C im Schatten keine Option. Für Privathaushalte mit dem nötigen Kleingeld, wäre ein beheizter Außenpool eine durchaus effektive und zudem noch luxuriöse Variante.
Ein weiteres sinnvolles Energie-Team wären Hybridkollektoren in Kombination mit einer Erdwärmepumpe. Bei dieser Variante würde man den Solarthermie-Anteil nicht zur Erwärmung von Brauch- und Heizwasser nutzen, sondern als „kalte“ Wärmequelle für die Erdwärmepumpe. So könnte in den Sommermonaten die überschüssige Wärme ins Erdreich geleitet werden, wo sie die Umgebung der Sole-Wasser-Pumpe erhitzt. Zu Beginn der Heizperiode hätte diese somit ein höheres Quelltemperaturniveau zur Verfügung, was im Umkehrschluss einen geringeren Energieaufwand bedeuten und so die Jahresarbeitszahl der Erdwärmepumpe steigern würde.
Wer allerdings keinen zusätzlichen Energielieferanten einsetzten möchte, weil er beispielsweise schon „grün“ heizt, indem er Solarthermie und wasserführenden Ofen kombiniert nutzt, ür den gäbe es noch die Möglichkeit einen sogenannten Erdspeicher anzulegen. Bei diesem Energiemodell würde die überschüssige Wärme in tief gelegene Erdspeicher geleitet, wo sie dann bei Bedarf für den Heizkreislauf verwendet werden kann. Allerdings ist diese Lösung äußerst aufwendig, kostenintensiv und würde sich für den Normalbürger nicht lohnen.
Hybridmodule können aber auch als Solarfassade genutzt werden. Hierbei wären die Module in der Häuserfassade integriert und werden neben der Strom- und Wärmeerzeugung als Dämmung genutzt. In den Sommermonaten könnte die Solarthermie statt Wärme auch zur Kühlung beziehungsweise zur Klimatisierung des Gebäudes genutzt werden. Allerdings steckt die Solarfassade noch in den Kinderschuhen und ist daher noch sehr kostenintensiv. Bei Privathäusern lässt sie sich selten durch den energetischen Ertrag amortisieren und findet sich daher eher an großen Bürogebäuden wieder.
Selbstverständlich gibt es noch verschiedene Kühlmöglichkeiten für die Kombimodule auf dem hauseigenen Dach. Allerdings muss man hier Abstriche machen, da diese Hybridkollektoren ihren Schwerpunkt eindeutig auf die Photovoltaik legen.
Fazit
Hybridmodule sind theoretisch eine sehr sinnvolle Ergänzung zur Energieversorgung des Haushalts. In der Praxis scheitert es aber wahrscheinlich an der Effizienz der Anlage. Wer dennoch beide Systeme nutzen möchte, der sollte lieber zwei separate Systeme auf der Dachfläche installieren. Am sinnvollsten sind Hybridmodule bei größeren öffentlichen Einrichtungen, bei denen der Wärmebedarf auch in den Sommermonaten hoch ist. Beispiele hierfür wären öffentliche Schwimmbäder, Hotelanlagen, Seniorenheime oder medizinische Einrichtungen, wie Kliniken und Krankenhäuser.
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