Höherer PV-Ertrag durch Kühlung kaum nachweisbar

Kombis aus Solarthermie und PV fehlen klare Normen

In einem Neubauprojekt in der Schweiz werden Hybridkollektoren verbaut. © Meyer Burger

Für die Kombination aus Solarthermie und Photovoltaik fehlen noch sinnvolle Prüfnormen. Ein Forschungsprojekt hat Vorschläge erarbeitet.

Die Idee eines kombinierten photovoltaischen und solarthermischen Kollektors (PVT) klingt einleuchtend: Licht und Wärme werden in einer einzigen Anlage zur Erzeugung von Strom und Wärme genutzt, durch die Kühlung der PV-Module lassen sich die elektrischen Erträge theoretisch außerdem noch deutlich erhöhen. Doch das Konzept hat sich nicht durchgesetzt.

Einer der Gründe: Bestehende Normen für PV und Solarthermie sind für die Bewertung der Produktkombination PVT nur bedingt geeignet. Das macht die Produkte schwer vergleichbar. Ein Verbundprojekt hat sich zwei Jahre lang mit dem Thema beschäftigt und erste Ergebnisse vorgestellt.

Um sinnvolle Kriterien für die Bewertung zu sammeln, hat sich das Forschungsteam aus FHD Düsseldorf, Fraunhofer ISE, TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH und dem Solarzentrum Allgäu einen Marktüberblick verschafft. Die Zahl der Hersteller von PVT-Kollektoren ist mit 34 relativ überschaubar.

Unterschieden wird im wesentlichen zwischen abgedeckten und unabgedeckten Kollektoren. Schon die Definition dieser Begriffe ist aber nicht so einfach, wenn es zum Beispiel darum geht, sich von ganz einfachen Systemen wie Schwimmbadabsorbern abzugrenzen, bei denen meist nur Röhren ausgelegt werden, in denen sich das Wasser durch Solareintrag erwärmt und dann direkt genutzt wird. Unabgedeckt in der Untersuchung umfasst aber alle Systeme, deren Abdeckung keine thermische Isolation leistet. Sie sind also teilweise abgedeckt zum Schutz, es ist aber zumindest teilweise ein Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft möglich.

30 der Hersteller bieten unabgedeckte Kollektoren an, 17 davon verfügen über Dämmung an der Rückseite der Solarkollektoren, 7 sind komplett ohne Dämmung und einige mit einem separaten Wärmeübertrager. Dämmung kann die thermischen Erträge erhöhen, da weniger Wärme verloren geht, vermindert aber den Effekt der Kühlung des PV-Teils der Systeme.

Systeme sind nur schwer vergleichbar

Beim Versuch, bestehende Systeme wirklich zu vergleichen, gab es neben fehlenden oder ungeeigneten Prüfnormen auch das Problem, dass die Hersteller derzeit noch wenig einheitliche Angaben auf ihren Datenblättern zur Verfügung stellen. Bauart, verwendete Materialien, Abmessung, elektrische und thermische Kennwerte sowie die Angabe des Betriebsmodus bei deren Messung, Grenzwerte für den Betrieb, maximaler Betriebsdruck und vorhandene Prüflabel seien als Mindestangaben notwendig.

Trotz einer relativ geringen Anzahl an Herstellern sind die Anwendungsideen und Systemkonzeptionen vielfältig. Drei Schaltungen sind besonders weit verbreitet: Die Koppelung von PVT, Kessel oder Wärmepumpe in paralleler Schaltung, die Koppelung von PVT und Wärmepumpe und paralleler und serieller Schaltung sowie die Kombination von PVT, Wärmepumpe und Erdsonde in paralleler und serieller Schaltung.

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In einer Simulation wurden diese Kombinationen beim Einsatz unabgedeckter Systeme unter die Lupe genommen. Bei der Koppelung von PVT, Kessel oder Wärmepumpe in paralleler Schaltung auf den Puffer ist der solare Eintrag die entscheidende Führungsgröße für den Kollektorbetrieb. Die thermischen Erträge seien aber sehr niedrig, so das Ergebnis der Simulation.

Den zweiten Systemaufbau, der Koppelung von PVT und Wärmepumpe in paralleler und serieller Schaltung, haben die Experten für unterschiedliche Temperaturzonen vermessen. Eines der Resultate: Es gab enorme Unterschiede bei den thermischen Erträgen, je nach Standort, Bauart und Regelung. Ein weiteres Ergebnis: Die Kollektoren bedienen zu einem großen Teil den Wärmebedarf der Wärmepumpe, die direkten solaren Einträge in den Speicher waren relativ gering. Vor allem ist aber interessant, dass sich ein Vorteil, den die Systeme eigentlich haben sollten nicht nachweisen ließ: Es gab durch die Kühlung per Wärmeabfuhr keine deutlich höheren PV-Erträge. Wenn die Solarabsorber, die die Wärme abtransportieren, nicht von Flüssigkeit durchströmt waren, hat das die Erträge nur um maximal 2,1 Prozent erhöht.

Dass die Normung derzeit unzureichend oder ungeeignet ist, macht die Beurteilung und den Vergleich der Produkte schwierig. Das führt zum einen dazu, dass potentielle Käufer kaum Kriterien haben, um PVT-Produkte sinnvoll zu vergleichen. Doch auch in der staatlichen Förderung spielt das eine Rolle: Die Zwitter aus PV und Solarthermie gelten nicht als eigenständige Wärmeerzeuger im Sinne des Marktanreizprogramms, förderfähig sind sie deshalb nur im Rahmen der Zusatzförderung zu einer Wärmepumpe.

Unklare Normen machen Förderung schwierig

Prüfkriterien könnten helfen zu entscheiden, welche Anlagen möglichwerweise auch förderfähig sein sollten. Auch dazu gab es Ergebnisse im Rahmen der Untersuchung, auf die sich die Forscher in Abstimmung mit Herstellern geeinigt haben. So sollen PVT-Kollektor die Prüf- und Zertifizierungskriterien der Solar Keymark für PVT-Kollektoren / Hybridkollektoren erfüllen. Dies schließt auch die Anforderungen an die elektrische Sicherheit mit ein. Ein PVT-Kollektor im Sinne der Förderung müsse auch einen relevanten Anteil elektrischer und thermischer Leistung erbringen, so die Forderung weiter. Zur Ermittlung dieses Anteils wird die maximale elektrische Leistung (MPP) herangezogen sowie die maximale thermische Leistung im Konversionspunkt, bei dem die Modultemperatur gleich der Umgebungstemperatur ist. Als Mindestsummenleistung schlagen die Fachleute 500 Wpeak/m² Bruttofläche vor.

Fraunhofer und TÜV haben vorgeschlagen, nicht auf prozentuale, sondern auf absolute Einzelleistungen zu setzen. Das soll vermeiden, dass ein Kollektor, der viel Wärme, aber wenig Strom erzeugt schlecht bewertet wrid. Als elektrische Mindestleistung werden 75 Wpeak/m² vorgeschlagen, damit auch Dünnschichtmodule zum Einsatz kommen können. Die müssten aber eine sehr hohe Wärmeleistung bringen, um auf den Durchschnittswert zu kommen. Die Mindestleistung thermisch soll 350 Wpeak/m² betragen. Von Pia Grund-Ludwig

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