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Photothermie: Die innovative Kombination von Photovoltaik und Solarthermie

Photothermie kombiniert Photovoltaik und Solarthermie in einem System zur Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie, ideal für Orte mit hohem Warmwasserbedarf. Es werden Hybridkollektoren eingesetzt, die bei begrenztem Platzangebot beides liefern, allerdings mit möglichen Effizienzverlusten. Bei der Planung müssen die unterschiedlichen optimalen Betriebstemperaturen berücksichtigt werden, um Effizienzverluste zu minimieren.
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    Zusammenfassung:

    • Photothermie kombiniert Photovoltaik und Solarthermie in einem System
    • Hybridkollektoren erzeugen sowohl elektrische Energie als auch Wärme
    • Anwendungen umfassen Warmwasserbereitung, Raumheizung und Wärmepumpen
    • Optimaler Einsatz in Bereichen mit hohem Warmwasserbedarf, z. B. Schwimmbäder oder Hotels

    Photothermie ist eine Kombination aus Photovoltaik und Solarthermie, bei der Hybrid- oder PVT-Module eingesetzt werden, um auf derselben Fläche sowohl elektrischen Strom als auch thermische Energie zu erzeugen. Im Vergleich zu getrennten Systemen für Photovoltaik und Solarthermie weisen Photothermie-Anlagen sowohl Vorteile als auch Nachteile auf.

    Ein Photothermie-Kollektor ähnelt in seiner Struktur einem herkömmlichen Solarthermie-Kollektor. Zwischen dem darunter liegenden Solarabsorber und der oberen Glasplatte befinden sich Photovoltaikzellen zur Erzeugung elektrischer Energie. Als Wärmeträger dienen Solarflüssigkeit oder Luft. Die bei der Stromerzeugung im PV-Panel entstehende Abwärme kann durch die duale Funktionsweise des Hybridkollektors genutzt werden, anstatt ungenutzt zu verpuffen.

    Hybridkollektoren können in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Die erzeugte elektrische Energie kann entweder selbst genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist werden, während die gewonnene thermische Energie zur Warmwasserbereitung und Raumheizung verwendet oder in Kombination mit Wärmepumpen genutzt werden kann. Darüber hinaus kann die aus den Hybridkollektoren gewonnene Wärme auch zur Regeneration des Erdreichs eingesetzt werden.

    Photothermie-Anlagen sind besonders in Bereichen optimal einsetzbar, in denen viel warmes Wasser benötigt wird, wie zum Beispiel in öffentlichen Schwimmbädern oder Hotels. Ein möglicher Vorteil von Hybridkollektoren besteht darin, dass sie bei begrenztem Platz auf dem Dach beide Energieformen liefern können. Allerdings können dadurch unter Umständen niedrigere Wirkungsgrade in Kauf genommen werden müssen.

    Hybridkollektoren müssen sorgfältig geplant werden, um die unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Komponenten bestmöglich miteinander zu verbinden. Photovoltaik- und Solarthermieanlagen arbeiten unter unterschiedlichen Umgebungstemperaturen im Optimum. Die maximale Effizienz zur Erzeugung elektrischer Energie wird bei PV-Modulen bei etwa 25 Grad Celsius erreicht, während Flachkollektoren bei etwa 80 Grad und Vakuumröhrenkollektoren bei bis zu 150 Grad Celsius arbeiten. Die entstehende Wärme bei Hybridkollektoren muss daher abgeleitet werden, damit sie effizient arbeiten können. Hochpreisige Hybridkollektoren setzen beispielsweise auf zusätzliche Ventilator-Kühlung.

    Photovoltaik

    Effiziente Flächennutzung für höhere Erträge Die Photovoltaikmodule, auch Solarmodule genannt, werden auf Dachflächen von Gebäuden wie Häusern oder Scheunen installiert. Eine größere Fläche führt zu einer höheren Stromproduktion und somit zu höheren Photovoltaik-Erträgen. Diese können entweder den Eigenverbrauch erhöhen, um Stromkosten zu senken, oder gegen eine Einspeisevergütung ins Stromnetz eingespeist werden.

    Solarthermie

    Eigenverbrauchsoptimierung durch präzise Dimensionierung Im Gegensatz zur Photovoltaik ist Solarthermie ausschließlich auf den Eigenverbrauch ausgerichtet. Die Anlage wird so dimensioniert, dass der Warmwasserverbrauch weitestgehend ohne zusätzliche Heizung gedeckt werden kann. Eine zu große Anlage kann jedoch im Sommer überschüssige Wärme erzeugen, die nicht genutzt werden kann. Stagnation ist zwar normal, jedoch sollte sie nicht zu häufig auftreten, da dies auf eine unsachgemäße Planung der Anlage hindeuten kann.

    Wesentliche Förderprogramme für Solarthermie

    Angesichts der wachsenden Notwendigkeit, fossile Brennstoffe zu reduzieren und auf erneuerbare Energien umzusteigen, fördert die Bundesregierung den Einsatz solarthermischer Anlagen. Diese Förderung erfolgt hauptsächlich über finanzielle Anreize, die die Anschaffung und Installation solcher Systeme für Haushalte und Unternehmen attraktiver machen. Im Rahmen einer energetischen Beratung können diese Systeme in Bestandsanlagen eingebunden und gegebenenfalls mit anderen Förderprogrammen ergänzt werden.

    1. Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG): Dieses Programm bietet Zuschüsse und zinsgünstige Darlehen für die Installation von Solarthermieanlagen in Neubauten und Bestandsgebäuden. Die Förderung deckt einen Teil der Investitionskosten ab und ist abhängig von der Effizienz und der Größe der installierten Anlage.
    2. KfW-Erneuerbare Energien-Programm („270“): Die KfW-Bankengruppe unterstützt die Installation von solarthermischen Anlagen durch günstige Kredite. Dieses Programm zielt darauf ab, den Einsatz von erneuerbaren Energien in der Wärmeversorgung zu erhöhen.
    3. Marktanreizprogramm für erneuerbare Energien (MAP): Dieses vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) verwaltete Programm bietet direkte Zuschüsse für die Installation von solarthermischen Anlagen. Das MAP fördert insbesondere größere Anlagen und solche, die in Verbindung mit anderen erneuerbaren Heizsystemen stehen.

    Vorteile der Förderung

    Durch die Förderprogramme wird die finanzielle Last für Endverbraucher erheblich reduziert, was zu einer schnelleren Amortisation der Investition führt. Darüber hinaus tragen geförderte solarthermische Anlagen zur Reduzierung der CO2-Emissionen bei und unterstützen die Energieunabhängigkeit des Landes.

    Herausforderungen und Zukunftsaussichten

    Trotz der verfügbaren Förderungen stehen Verbraucher und Unternehmen vor Herausforderungen wie komplexen Antragsverfahren und langen Wartezeiten. Es besteht auch die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Anpassung der Förderprogramme, um technologische Fortschritte und Marktentwicklungen zu berücksichtigen.

    Zukünftig wird erwartet, dass die Förderungen weiter ausgebaut und möglicherweise an die steigenden Energiepreise angepasst werden. Die Förderung von Solarthermie ist ein entscheidender Schritt in Richtung einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Zukunft, und es ist wichtig, dass sowohl private Haushalte als auch Unternehmen diese Chancen nutzen.

    Die deutsche Regierung und diverse Förderinstitutionen setzen damit ein starkes Zeichen für den Umweltschutz und die Notwendigkeit einer Energiewende. Durch die gezielte Unterstützung von Solarthermie wird ein wichtiger Beitrag zur Erreichung der nationalen Klimaziele geleistet.

    Carsten Steffen
    Autor: Carsten Steffen
    Carsten Steffen, Gründer von photovoltaik.sh, bringt sein tiefes Verständnis für Photovoltaik und seine Begeisterung für erneuerbare Energien ein, um Kunden in Schleswig-Holstein seit 2021 schneller und kostengünstiger zu ihrer eigenen Photovoltaikanlage zu verhelfen. Ermöglicht wird das Dank der Zusammenarbeit mit lokalen Solarteuren. Regelmäßige Schulungen runden unsere Expertise ab. Mit der Gründung von photovoltaik.sh sind wir Ihr vertrauenswürdigen Partner für alle, die ihren Stromverbrauch nachhaltig gestalten möchten.
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