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Energieeffizienz : Hybrid-Kollektoren liefern keine Wunder

  • -Aktualisiert am

Diese Hybrid-Luftkollektoren auf dem Dach eines Hallenbads liefern warme Luft und Strom Bild: Huber

Strom und Wärme in einem Kollektor zu erzeugen spart Platz, ist aber technisch nicht leicht zu realisieren. Effizienzmindernde Kompromisse müssen eingegangen werden.

          Die Wahl fällt aufgrund der üppigen Bezuschussung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) meist zugunsten einer Ökostromanlage aus. Doch hat der eine oder andere Bauherr während des Abwägungsprozesses zwischen Strom und Warmwasser überlegt, warum man ihm keine Hybridlösung anbietet, so wie er es seit längerem aus den Angeboten der Automobilhersteller kennt.

          Die Antwort ist schnell gefunden. Photovoltaisch-thermische (PVT-)Hybridanlagen konnten sich bisher nicht durchsetzen. Ganz im Gegenteil, so musste etwa einer der Vorreiter dieser Technik, die Briloner Solarhybrid AG, Ende März 2012 Insolvenz anmelden. Vor allem der hohe Preis der Zwittermodule wird beim Aufzählen der mit dieser Lösung einhergehenden Nachteile an erster Stelle genannt. So liegen die Kosten deutlich über denen einer klassischen Kombilösung, bei der man sich sowohl Solarmodule als auch Kollektoren auf Dach setzen lässt.

          Was bleibt, ist der überschaubare Vorteil, den Monteur nur einmal bestellen und bezahlen zu müssen. Sonst überwiegen systembedingte Nachteile. So will es der aus einem (Kupfer-)Rohrregister bestehende Kollektor gerne warm, soll er doch möglichst viel Sonnenenergie in den Heizkreislauf schicken. Temperaturen von 160 bis 180 Grad sind bei guter Sonneneinstrahlung im Sommer keine Seltenheit, was mehrere „kostenlose“ Duschgänge ermöglicht, aber Gift sind die unmittelbar darüber liegenden PV-Zellen. Denn die haben es gerne kalt. Bei steigenden Temperaturen sinkt ihr Wirkungsgrad, und zwar bei kristallinen Zellen um bis zu 0,5 Prozent je Grad Temperaturanstieg. Und da die Zellen - ohne gekühlt zu werden - im Sommer bis zu 110 Grad erreichen, bedeutet das, dass die Stromausbeute auf etwa die Hälfte sinkt - und das in der Zeit, wenn die Sonne auf häufigsten und intensivsten scheint. Um das zu verhindern, werden klassische PV-Module hinterlüftet.

          Bei den Kombilösungen übernimmt das im Kreis geführte Solewasser den Abtransport der Wärme, so dass es im Zwitterkollektor nie heißer als 60 bis 80 Grad wird. Damit das funktioniert, muss der (Warmwasser-)Pufferspeicher im Keller - völlig anders als bei herkömmlichen Kollektoranlagen - nachts geleert werden: Das tagsüber aufgewärmte Wasser wird während der kühlen Nachtstunden durch den Kollektor geschickt, der dann als „Kühler“ funktioniert. Doch es geht auch anders: Entweder heizt man mit der geernteten Überschusswärme seinen Pool auf (wenn man denn einen hat), oder die Duschgewohnheiten werden verändert. Als Besitzer einer Hybridanlage braust man sich abends und nicht mehr nach dem Aufstehen, dabei sollte man jedoch die Wetterprognose im Auge behalten. Denn bleibt es am kommenden Tag trüb, bleibt das Wasser kalt, was doppelt ärgerlich wäre, müssen die PV-Zellen an schattigen Tagen doch gar nicht gekühlt werden.

          Hybrid-Kollektoren verlangen nach einem Kompromiss. Damit der leichter zu verkraften ist, bietet die Münchener Solimpeks Solar GmbH zwei unterschiedliche Bautypen an. Mit ihrem Volther-Powervoltmodul kommt man den Wünschen der Ökostromfreunde entgegen, erreicht es doch bei bester Sonneneinstrahlung eine Leistung von 190 Watt und begnügt sich mit 460 Watt thermischer Leistung. Dagegen bietet sich die Variante Volther-Powertherm für Warmduscher an. Der etwas größere Kollektor liefert bis zu 680 Watt thermische Leistung, während die maximale Stromausbeute bei 170 Watt liegt.

          An der weiteren Optimierung von PVT-Systemen wird gearbeitet. So am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg, wo man mit speziellen Metallabsorbern und unmittelbar darauf mittels einer Ethyl-Vinyl-Acetat-Folie laminierten kristallinen Solarzellen den Wirkungsgrad weiter steigern und gleichzeitig die Langzeitstabilität steigern will. Diese Arbeit wird vom Bundesumweltministerium genauso gefördert wie ein Projekt in Dreieich bei Frankfurt. Hier wird die aus den Hybridkollektoren abgeführte (überschüssige) Solarwärme in den Boden geleitet, um den Wirkungsgrad einer Erdwärmepumpe zu verbessern. Wie erste Erfahrungen zeigen, gelingt dies zufriedenstellend, erreicht man mit einer zehn Grad wärmeren Wärmequelle doch eine Steigerung der Arbeitszahl der Wärmepumpe um rund 1,5. Das ist recht viel, so dass es das Musterhaus in Dreieich dank dieses innovativen Energiesystems schafft, den Energiebedarf vollständig mit der Kraft der Sonne zu decken.

          Gute Resultate, weil ein etwas anderes Konzept, erzielen auch die Zwitter-Systeme von Grammer Solar aus dem oberpfälzischen Amberg. Seit rund 30 Jahren fertigt und installiert das Unternehmen Luftkollektoren, mit denen sich warme Luft erzeugen lässt, wie man sie in großen Mengen zum Trocken von (Holz-)Hackschnitzeln wie auch von Kräutern und Hopfendolden benötigt. Um die in den auf Hallendächern montierten Kollektoren erwärmte Luft in die Trockenkammern transportieren zu können, benötigt man Ventilatoren. Um deren Stromhunger nicht aus dem Netz stillen zu müssen, hat man bei Grammer die Luftkollektoren mit PV-Zellen kombiniert. So lässt sich gerade so viel elektrische Energie erzeugen, wie die Ventilatoren benötigen. „Man hat die Wärme umsonst“, sagt der Grammer-Ingenieur Gerd Renner und meint damit, dass man für den Transport der Warmluft in die Trockenkammer nichts bezahlen muss.

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