Innovative regenerative Energien

Ein Hybridkollektor versorgt Sie günstig mit Strom und Wärme

Lina Strauss

6. September 2024

Hybridkollektoren kombinieren die Vorteile von Photovoltaik- und Solarthermieanlagen, indem sie sowohl Strom als auch Wärme erzeugen. Sie kosten etwa 600 bis 1.500 Euro pro Paneel und sind besonders attraktiv für Haushalte und Unternehmen, die ihren Energieverbrauch optimieren und nachhaltige Lösungen nutzen möchten.

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Wie ist ein Hybridkollektor aufgebaut?

Ein Hybridkollektor ist doppellagig gestaltet und nutzt auch die Infrarotstrahlung der Sonne zur Wärmegewinnung. Der typische Aufbau erfolgt in Schichten:

• Glasplatte zum Schutz der Solarzellen vor der Witterung
• Solarzellen zur Stromgewinnung
• Röhrenkollektor zu Wärmegewinnung
• Belüftungssystem
• Gehäuse

Die Funktionsweise eines Hybridkollektors im Detail:

Photovoltaischer Teil: Der obere Teil des Hybridkollektors besteht aus Solarzellen, die Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umwandeln. Die Funktionsweise der Solarzellen ist genau wie in herkömmlichen PV-Modulen. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, erzeugt der photovoltaische Effekt Elektronenbewegung, was zur Produktion von elektrischem Strom führt.

Thermischer Teil: Unter den Solarzellen befindet sich eine Art Röhrenkollektor mit Wärmetauscher, der die überschüssige Wärme, die von den Solarzellen erzeugt wird, aufnimmt. Diese Wärme wird durch ein Trägermedium (oft Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung) durch ein Rohrsystem abgeführt.

Ein Hybridkollektor hat typischerweise einen elektrischen Wirkungsgrad von ca. 15 bis 20 Prozent und einen thermischen Wirkungsgrad von etwa 40 bis 60 Prozent. Die Energieausbeute pro Quadratmeter für Hybridkollektoren liegt demnach bei etwa 200 Watt elektrische Leistung und 500 Watt thermische Leistung pro Quadratmeter.

Das bedeutet: Bei einer Einstrahlung von 1.000 Watt pro Quadratmeter könnte der Kollektor etwa 200 Watt elektrische Leistung und 500 Watt thermische Leistung erzeugen. Der restliche Teil der Sonnenenergie wird nicht in nutzbare Energie umgewandelt und geht entweder als Wärme verloren oder wird durch verschiedene Prozesse und Ineffizienzen nicht genutzt.

Während bei einem reinen Wärmekollektor möglichst viel Hitze entstehen soll, um diese nutzbar zu machen, gelten beim Hybridkollektor andere Regeln. Je heißer der Kollektor wird, desto weniger Strom produzieren die Solarzellen. Reine Photovoltaikmodule besitzen daher ein Lüftungssystem, um die Hitze gering zu halten. Der Hybridkollektor stellt einen Kompromiss dar: Die Wärmegewinnung muss für eine wirtschaftlich sinnvolle Stromproduktion durch eine Lüftung reduziert werden.

Hybridkollektoren und separate Anlagen im Vergleich:

Was kostet ein Hybridkollektor?

Für Hybridkollektoren gibt verschiedene Preiskategorien, abhängig von ihrer Art und den spezifischen Technologien, die sie verwenden. Der durchschnittliche Preis für einen Hybridkollektor beträgt etwa 1.500 bis 2.500 Euro pro Quadratmeter.

Die Höhe der Kosten für eine Anlage mit Hybridkollektoren hängt von der Anzahl der gewünschten Panels sowie von der Größe des Wärmespeichers und der möglichen Installation eines Stromspeichers ab. Im Durchschnitt können Sie mit Gesamtkosten von etwa 15.000 bis 30.000 Euro rechnen.

Preise nach Art des Hybridkollektors

Um eine Beispielrechnung für eine Solaranlage mit Hybridkollektoren für ein Einfamilienhaus zu erstellen, welche den durchschnittlichen Jahresverbrauch eines 4-Personen-Haushaltes abdeckt, gehen wir von einem Jahresverbrauch von 4.000 kWh Strom und 12.000 kWh Wärme aus. Installiert wird eine Anlagenleistung von 6 kW elektrische Leistung und 10 kW thermische Leistung sowie ein 10 kWh-Batteriespeicher.

Abgedeckte Wasser-Kollektoren

Abgedeckte Hybridkollektoren bestehen aus durch eine Glasabdeckung geschützte Photovoltaikzellen, unter denen sich ein Wärmetauscher befindet.

Anwendungen:

Für die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung in Wohngebäuden, Hotels und Schwimmbädern.

Unabgedeckte Wasser-Kollektoren

Diese Art von Hybridkollektoren hat keine Glasabdeckung und besteht aus PV-Zellen, die direkt auf dem Wärmetauscher montiert sind. Sie haben einen niedrigeren Wirkungsgrad, punkten jedoch mit günstigen Kosten und einer einfachen Installation.

Anwendungen:

Als kostengünstige Lösung, bei der die thermische Effizienz weniger kritisch ist.

Luft-PVT-Kollektoren (PVT steht für Photovoltaik-Thermie)

Diese Hybridkollektoren nutzen Luft als Trägermedium, die durch Kanäle unter den PV-Zellen strömt und dabei erwärmt wird. Sie weisen einen geringeren thermischen Wirkungsgrad im Vergleich zu wasserbasierten Systemen auf.

Anwendungen:

Für Prozesswärme und Gebäudeklimatisierung sowie für Trocknungsprozessen in der Industrie.

Konzentrierte PVT-Kollektoren (PVT steht für Photovoltaik-Thermie)

Konzentrierte Hybridkollektoren nutzen Spiegel oder Linsen, um das Sonnenlicht auf eine kleinere Fläche von PV-Zellen zu konzentrieren. Ein Wärmetauscher nimmt dann die überschüssige Wärme auf. Durch die Konzentration des Sonnenlichts erreichen Sie einen hohen elektrischen Wirkungsgrad. Allerdings benötigen sie eine Art Tracking-System, um die Sonne zu verfolgen.

Anwendungen:

Meist für industrielle Zwecke und Gebiete mit hoher direkter Sonneneinstrahlung

Flexible Hybridkollektoren

Flexible Hybridkollektoren bestehen aus flexiblen Photovoltaikzellen, die auf einem biegsamen Untergrund montiert sind, kombiniert mit flexiblen thermischen Komponenten.

Anwendungen:

Für gebogene Dächer, Fahrzeugdächer, Segelboote und andere mobile oder flexible Strukturen.