PVT-Kollektoren

Die frei verfügbare und unendliche Strahlungsenergie der Sonne lässt sich in elektrische und thermische Energie umwandeln. Üblicherweise geschieht das mit Photovoltaik- beziehungsweise mit Solarthermie-Modulen. Sogenannte PVT-Kollektoren kombinieren beides (PVT = Photovoltaik-Thermie); die Module können also gleichzeitig Strom und Wärme produzieren. Dadurch benötigen Sie weniger Fläche und erreichen so eine höhere Gesamteffizienz im Vergleich zu separaten Anlagen. Für die Energiewende bieten PVT-Kollektoren somit eine interessante und innovative Option zur emissionsfreien Energieerzeugung.

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Funktionsweise und Arten

In PVT-Kollektoren sind Photovoltaik- und Solarthermie-Module so kombiniert, dass die einfallende Sonnenenergie für beide Systeme genutzt werden kann. In der äußeren Schicht befinden sich zunächst die PV-Module bzw. Solarzellen, die das Sonnenlicht in elektrische Energie (Strom) umwandeln. Hinter den PV-Modulen befinden sich die Wärmekollektoren, die mit einem Rohrregister verbunden sind, durch das ein Wärmeträgermedium fließt. Dieser Absorber nimmt die Abwärme der meist schwarzen PV-Module und die Umgebungswärme auf; das Wärmeträgermedium transportiert die Wärmeenergie zur gebäudeinternen Nutzung weiter. Durch das Abführen der Wärme an der Rückseite werden die PVT-Module außerdem effektiv gekühlt, was wiederum den Wirkungsgrad der PV-Module verbessert.

Die mit einer PVT-Anlage gewonnene Wärme kann etwa zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Besonders sinnvoll ist der Einsatz einer PVT-Anlage zusammen mit einer Wärmepumpe, für die der gewonnene Strom sowie ein Teil der gewonnenen Wärme direkt zur Produktion von Heizwärme eingesetzt werden kann. Überschüssiger Strom kann in Batterien, überschüssige Wärme in Pufferspeichern für die spätere Nutzung zwischengespeichert werden.

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Arten von PVT-Kollektoren:

• Gedämmte oder geschlossene Kollektoren (manchmal auch: abgedeckte) sind mit einer Abdeckung versehen, wodurch die Effizienz der Wärmeerzeugung erhöht und der Wärmeverlust reduziert wird. Sie eignen sich gut für Anwendungen, die höhere Temperaturen benötigen, wie z. B. die Erwärmung von Schwimmbädern oder für solarthermische Kühlungssysteme.
• Unabgedeckte oder offene Kollektoren (WISC = Wind and Infrared Sensitive Collector) sind einfacher und kostengünstiger. Sie eignen sich gut als Wärmequelle für Wärmepumpensysteme.
• Konzentrierte PVT-Kollektoren (CPVT = Concentrated Photovoltaic Thermal) sind mit Linsen oder Spiegeln ausgestattet, um die Sonnenstrahlen zu bündeln und so die Energieausbeute zu steigern. Sie erreichen höhere Temperaturen und sind effektiver in der Wärme- und Stromerzeugung, erfordern jedoch präzise Ausrichtung und Überwachung, um Überhitzung zu vermeiden und die Sonne effektiv zu verfolgen.
• Jede dieser Technologien hat spezifische Vor- und Nachteile und eignet sich für unterschiedliche Anwendungen, basierend auf den Temperaturanforderungen und den spezifischen Bedingungen des Einsatzortes.

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Vor- und Nachteile

Vorteile von PVT-Kollektoren:

• Hohe Effizienz: Durch die Kombination von Photovoltaik und Solarthermie können PVT-Kollektoren eine höhere Gesamteffizienz als separate Anlagen erzielen. So kann ein herkömmliches PV-Modul aus 1.000 Watt (W) Sonnenenergie 200 W Strom erzeugen. Durch den zusätzlichen Gewinn von rund 500 W Wärmeenergie vervielfacht sich der Wirkungsgrad von zwanzig auf über siebzig Prozent.
• Platzersparnis: Da PVT-Kollektoren zwei Technologien in einem Gerät vereinen, benötigen sie weniger Platz, was besonders bei kleineren Dachflächen einen Vorteil bedeutet. Dadurch sind auch die Installationskosten geringer als bei zwei getrennten Systemen.
• Umweltfreundlichkeit: PVT-Kollektoren erzeugen keine Emissionen im Betrieb und tragen somit zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes bei.
• Winterliche Erträge: Im Winter schmilzt durch die Erwärmung der Kollektoren üblicherweise der Schnee, was wiederum zu höheren PV-Erträgen führt.
• Förderfähigkeit: Als erneuerbare Wärme- und Stromquelle sind PVT-Module voll förderfähig.

• Höhere Anschaffungskosten: PVT-Kollektoren sind in der Regel teurer als separate Photovoltaik- oder Solarthermieanlagen, was die anfänglichen Investitionskosten erhöht.
• Komplexität: Die Kombination von Photovoltaik- und Solarthermie-Modulen in einem System kann die Installation und die Wartung komplizierter machen.
• Leistungseinschränkungen: Da PVT-Kollektoren die Sonnenenergie nutzen, kann ihre Leistung abhängig von den Wetterverhältnissen begrenzt sein, bspw. an bewölkten Tagen, wenn die Sonneneinstrahlung gering ist.

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Voraussetzungen und Betrieb
Um PVT-Kollektoren effektiv nutzen zu können, müssen einige Voraussetzungen erfüllt sein:

• Standort mit ausreichender Sonneneinstrahlung: PVT-Kollektoren sind am effizientesten in Regionen mit viel Sonneneinstrahlung. Um maximale Energieerträge erzielen zu können, sind – wie bei allen Arten der Energiegewinnung aus Sonnenstrahlen – eine gute Ausrichtung der Kollektoren und minimale Verschattung wichtig.
• Geeignete Dachfläche: Die Installation von PVT-Kollektoren erfordert eine Dach- oder Montagefläche, die ausreichend Platz bietet und strukturell geeignet ist, ihr Gewicht tragen zu können.
• Anschluss an das Energieversorgungsnetz: Für den Betrieb von PVT-Kollektoren ist oftmals ein Anschluss an das öffentliche Stromnetz erforderlich, um überschüssige Energie einspeisen oder bei Bedarf zusätzliche Energie beziehen zu können.
• Wartung und Pflege: Um die maximale Effizienz der PVT-Kollektoren sicherzustellen, ist regelmäßige Wartung und Pflege erforderlich, etwa die Reinigung der Kollektoren, die Überprüfung der Verkabelung und die Kontrolle der Leistung.

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