Was ist Photothermie?

28. November 2022
In der Technik wird stets versucht, den größtmöglichen Nutzen mit kleinstem Aufwand zu erzielen. Hybridmotoren stellen im Automobilbereich die moderne Form der Effizienzsteigerung dar. Auch im Bereich der Sonnenenergie setzt man inzwischen auf den Doppelnutzen: Die Photothermie-Anlage ist die Verbindung von Photovoltaikmodul und Solarkollektor. Man spricht bei der Verbindung von Photovoltaik und Solarthermie von Thermovoltaik oder von Photothermie. Erfahren Sie mehr über die Photothermie-Funktionsweise, den Wirkungsgrad und die Kosten einer Photothermie-Anlage.
Gina  Doormann
Dieser Artikel wurde von
Gina Doormann für www.Heizungsfinder.de verfasst.
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Photothermie: Inhalt im Überblick

Der Photothermie-Kollektor: Strom und Wärme aus einem Kombimodul

Photothermie nutzt die Kraft der Sonne und produziert Strom und Wärme. Mit nur einer Anlage kann man sich so unabhängiger von der externen Stromversorgung machen und zugleich Heizkosten sparen. Eine schöne Vorstellung – zu schön um wahr zu sein? Tatsächlich zeigt die auf den Hybridkollektor aufgebaute Photothermie einige Tücken, die eine Montage nicht in jedem Fall zur bestmöglichen Variante machen. Um die möglicherweise auftretende Disharmonie beim Hybridkollektor verständlich zu machen, hilft ein kurzer Rückgriff auf die beiden Techniken. Diese werden weiter unten genauer vorgestellt.

Aufbau und Funktion von Photothermie

HybridkollektorBild: © 2009 Consolar Solare Energiesysteme GmbH

Die Photothermie lässt sich am besten anhand des Aufbaus eines Photothermie-Kollektors erläutern. Er besteht aus zwei Schichten: Obenauf das Photovoltaikmodul, das die Sonnenenergie aufnimmt und darunter angeordnet das Solarthermie-Element. Dieses nimmt die überschüssige Wärme auf, die im darüberliegenden PV-Modul bei der Stromproduktion entsteht. Somit unterstützen sich die beiden Systeme gegenseitig: Durch die Abnahme der Wärme wird das PV-Modul gekühlt, was dessen Leistungsfähigkeit erhöht. Die vom Solarthermieelement abgenommene Wärme wiederum dient zur Bereitung von Warmwasser, der Heizungsunterstützung und möglicherweise als Wärmequelle für den Betrieb einer Wärmepumpe. Diese wiederum kann durch den mithilfe des Photoeffekts selbst erzeugten Strom angetrieben werden.

Zwei widersprüchliche Prinzipien oder gewinnbringende Kombination?

Im Folgenden erfahren Sie mehr über die zu einem Photothermie-Kollektor gehörigen jeweiligen Einzelmodule:

1. Photovoltaik:

Photovoltaikmodule beziehungsweise Solarmodule werden, damit sie den gewünschten Nutzen erzielen, großflächig auf Haus- oder Scheunendächer montiert. Eine größere Fläche garantiert mehr Stromproduktion und somit einen höheren Photovoltaik-Ertrag. Größere Fläche ist also gleichbedeutend mit höheren Solar-Erträgen. Diese können dann zum einen den Eigenverbrauch erhöhen und somit die Stromkosten senken und zum anderen gegen eine Einspeisevergütung ins Stromnetz eingespeist werden.

2. Solarthermie

Solarthermie dagegen ist ausschließlich auf den Eigenverbrauch ausgerichtet und ist so dimensioniert, dass der Warmwasserverbrauch möglichst ohne Zuheizung gedeckt werden kann. Zu groß darf die Solarthermieanlage aber auch nicht werden, denn was im Winter zu höheren Einsparungen führt, bringt einem im Sommer möglicherweise ein Übermaß an Wärme, die man nicht abnehmen kann. Die Konsequenz: Die Anlage stagniert und bringt keinen Nutzen. Zwar ist die Stagnation zunächst kein Problem, da sie zum normalen Prozess von Solarthermie gehört. Tritt die Stagnation aber sehr häufig auf, kann der Grund darin liegen, dass die Thermieanlage nicht sorgfältig und sicher durch einen Fachbetrieb geplant worden ist. Dann besteht Handlungsbedarf.

Hier finden Sie weitere Informationen zur Auslegung einer solarthermischen Anlage:

Überschüssige Wärme muss abgenommen werden

Nicht nur in der Flächenausnutzung, auch im Wirkungsgrad muss der Photothermie-Kollektor zwischen Photovoltaik und Solarthermie vermitteln. Solarkollektoren erhitzen sich auf mindestens 80 Grad Celsius. Das Photovoltaikmodul dagegen erzielt schon bei 25 Grad seinen besten Wirkungsgrad. Wird es wärmer, verliert es an Leistung. Die überschüssige Wärme muss also abgeleitet werden, möchte man den Hybridkollektor effizient nutzen.

Vom Prinzip her ist die entstehende Wärme von Vorteil. Zu viel Wärme allerdings kann Photothermie nicht nutzbringend einsetzen. Man muss also versuchen, diese anderweitig abzutragen. Zur Mittagszeit, wenn der Hybridkollektor die meiste Leistung bringt, ist der Warmwasserspeicher des Hauses sofort auf höchster Temperatur. Entweder man verfügt über einen großen Reservespeicher, was im 4-Personen-Haushalt eigentlich unsinnig ist, oder man koppelt eine Wärmepumpe an den Kreislauf, was im Sommer auch nicht besonders sinnvoll erscheint. Wenngleich der Einsatz einer Wärmepumpe in der Heizperiode vor allem angesichts seit 2022 stark gestiegener Energiepreise äußerst sinnvoll ist.

Ein separates Kühlsystem ist mit unerwünschten Zusatzkosten und eigentlich unnötigem Energieaufwand verbunden. Möchte man mit dem Hybridkollektor viel Strom erzeugen, fällt entsprechend noch mehr Überschusswärme an – und legt man die Photothermie so an, dass keine überschüssige Wärme entsteht, so wird der Stromertrag relativ gering. Die beste Alternative, das viele warme Wasser zu verbrauchen, liegt in der Beheizung eines Swimmingpools. Öffentliche Bäder oder Hotelanlagen zum Beispiel können von der anfallenden Wärme aus einer Photothermie-Anlage gut profitieren.

Photothermie: die Kosten

Für ein kombiniertes Photothermie-Modul fallen Kosten von etwa 600 bis 700 Euro an. Um eine vierköpfige Familie im Einfamilienhaus mit Strom und Wärme zu versorgen, sind dabei etwa acht Module notwendig. Die Kosten für die Photothermie-Anlage selbst liegen also bei etwa 4.800 bis 5.600 Euro. Um die Leistungsfähigkeit aber voll abzurufen, benötigen Sie neben den Hybridkollektoren noch einen Pufferspeicher, der etwa 1.000 Euro kostet und einen Stromspeicher, der etwa 5.000 Euro kostet. Insgesamt können Sie also für Ihre Photothermie-Heizung mit Kosten von etwa 11.000 Euro rechnen.

Photothermie: Förderung?

Eine Photothermie-Anlage ist förderfähig. Allerdings müssen dabei ein paar Bedingungen beachtet werden. Dienen die PVT-Kollektoren etwa als Wärmequelle für eine Wärmepumpe, so werden sie als Teil der Wärmepumpenanlage im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG), im Teil BEG EM (Einzelmaßnahmen), mitgefördert. Die Förderhöhe liegt in diesem Fall bei 25 Prozent der Investitionskosten.

Eine andere Fördermöglichkeit bezieht sich auf den Photovoltaik-Part des Photothermie-Kollektors, also auf die regenerative Stromerzeugung. Hier kann eine Förderung im Rahmen der BEG, und hier im Teil BEG WG/NWG (Wohngebäude/Nichtwohngebäude), aber nur stattfinden, wenn keine Förderung im Rahmen des EEG stattfindet. Also nur dann, wenn keinerlei Einspeisevergütung bezogen wird.

Eine Ausnahme, mit deren Hilfe die Photothermie-Anlage in der BEG WG mit einem KfW-Solar-Kredit mit Tilgungszuschuss förderfähig ist, steht im Zusammenhang mit dem Jahresstrombedarf des Gebäudes. Der prozentuale Anteil am ermittelten gebäudebezogenen Jahresstrombedarf, der mithilfe der PVT gedeckt wird, ist ebenfalls bei den Investitionskosten förderfähig. Deckt die Photothermie also beispielsweise 50 Prozent des Strombedarfs, so sind 50 Prozent der Investitionssumme förderfähig.

Vorteile und Nachteile der Photothermie

Vorteile

Nachteile

Wärme und Strom werden in einem System erzeugt

relativ teuer, da aktuell noch Nischenprodukt

weniger Platz benötigt als mit zwei getrennten Systemen

relativ wenige Heizungsbetriebe bieten PVT-Anlagen an

Photovoltaik und Solarthermie profitieren voneinander

Autarkiesteigerung bei Strom und Wärme

Kopplung mit Wärmepumpe möglich

70-80 % der Sonnenenergie wird genutzt

einheitliches optisches Erscheinungsbild auf dem Dach

FAQ

Was ist eine Photothermie-Anlage?

Photothermie-Anlagen sind eine Kombination aus Photovoltaik und Solarthermie. Das heißt, eine Photothermie-Anlage erzeugt zugleich Strom und Wärme.

Kann man Solarthermie und Photovoltaik kombinieren?

Ja. Entweder als zwei getrennte Anlagen auf dem Dach, die parallel laufen. Oder als Photothermie, bei der Solarthermie und Photovoltaik bereits kombiniert sind und sich gegenseitig Vorteile bei der Effizienz verschaffen.

Was ist besser, Solarthermie oder Photovoltaik?

Das hängt davon ab, welches Ergebnis gewünscht ist. Soll Strom oder Wärme erzeugt werden? Entscheidet man sich aber für Photothermie, so hat man den Nutzen beider Systeme in Kombination.

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