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Solarthermie und Photovoltaik in Kombination

Eine Kombination aus Photovoltaik und Solarthermie ist grundsätzlich möglich. Entsprechende Anlagen werden unter den Bezeichnungen Hybridkollektor oder auch Photothermie Anlagen angeboten.

Herkömmliche Hybridkollektoren

Standardmäßig funktioniert Photothermie, indem sich beide Technologien die zur Verfügung stehende Fläche teilen. Das grundsätzliche Problem besteht darin, dass die Photovoltaik unter den hohen Temperaturen der Solarkollektoren leidet. Mit der Temperatur steigt auch der elektrische Widerstand der Photovoltaik Module, was die Leistung spürbar mindert: Jedes Grad oberhalb von 25 Grad kostet ungefähr ein halbes Prozent Leistung. Ein Gedanke drängt sich daher geradezu auf: Wie wäre es, die Wärme der Photovoltaik Module abzuführen und sie den Kollektoren zuzuführen? Das ist prinzipiell eine gute Idee, aber in der Praxis nicht ganz einfach, weil die Kollektoren – hoffentlich! – ohnehin schon sehr viel wärmer sind. Eine Lösung besteht darin, die Zuleitung der Kollektoren direkt als Kühlung der Solarzellen zu nutzen. Die Photovoltaik Module werden so gekühlt, die Kollektoren werden mit vorgeheizter Solarflüssigkeit versorgt. Solange das funktioniert, ist es eine gute Lösung. Es funktioniert allerdings nicht im Fall einer thermischen Stagnation. Damit fällt diese Kühlung an heißen Sommertagen aus, wenn sie am meisten benötigt wird. Die Photovoltaik Module werden ohnehin stark erhitzt, hinzu kommt die unerwünschte Aufheizung durch die noch heißeren Kollektoren. Eine zweite Idee besteht in einem separaten Kühlsystem, das immer mit kaltem Wasser gespeist wird. Das könnte theoretisch auch für eine reine Photovoltaik Anlage eingesetzt werden, verbraucht aber einiges an Energie. Die Hoffnung besteht darin, die Energiebilanz zu verbessern, indem diese Kühlung zugleich als Heizung für die Kollektoren benutzt wird. Allerdings geht auch dieses Konzept an heißen Sommertagen nicht auf. Je mehr Kühlung die Photovoltaik Module benötigen, desto weniger Wärme kann an die Kollektoren übertragen werden, weil diese dann auch sehr heiß sind. Bei einer thermischen Stagnation benötigen Kollektoren überhaupt keine Heizung.

Ein modernes Konzept

Eine moderne Idee, Hybridkollektoren technisch zu realisieren, setzt auf eine Zweischichten-Architektur. Photovoltaik Module können Strahlung aus dem langwelligen Spektrum nicht nutzen, diese Strahlung durchdringt die Solarzellen ungenutzt. Übliche Solarzellen nutzen weniger als 20 Prozent der einfallenden Strahlung. Solarkollektoren erzielen aus diesem Spektralbereich von etwa 700 bis 2.500 Nanometern einen erheblichen Teil ihrer Leistung. Angeboten werden heute daher auch Hybridkollektoren, in denen die Photovoltaik Module vor den Kollektoren installiert werden. Die Photovoltaik Module wandeln das Licht aus ihrem Teil des Spektrums in Strom um, die Solarkollektoren sammeln dahinter den Rest ein. Ein wenig leidet die Leistung der Kollektoren dabei, weil sie die von den Photovoltaik Modulen abgefangene Strahlung auch hätten nutzen können. Im Vergleich zu herkömmlichen Hybridkollektoren wird allerdings nur die halbe Fläche benötigt, bei Bedarf ist also Platz für zusätzliche Module vorhanden.

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