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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Hybridkollektoren nutzen die sogenannte Photothermie. Dabei handelt es sich um eine Kombination aus Solarthermie und Photovoltaik, wobei sowohl Strom als auch Wärme in einem einzigen Solarkollektor erzeugt werden.
Der Hybridkollektor nimmt dazu die Sonnenenergie auf und wandelt sie in elektrische Energie um, wie es bei Photovoltaikmodulen der Fall ist. Gleichzeitig nutzt der Hybridkollektor die entstehende Wärme, ähnlich wie ein Solarthermiekollektor, und macht diese für Ihr Zuhause nutzbar.
Ein Hybridkollektor ist doppellagig gestaltet und nutzt auch die Infrarotstrahlung der Sonne zur Wärmegewinnung. Der typische Aufbau erfolgt in Schichten:
Ein Hybridkollektor nutzt Sonnenstrahlung, um sowohl elektrische als auch thermische Energie zu erzeugen. Dabei trifft Sonnenlicht auf die Solarzellen des Kollektors, die daraus elektrischen Strom erzeugen. Gleichzeitig absorbiert ein Wärmetauscher unter den Solarzellen die überschüssige Wärme, die dann von einem Trägermedium aufgenommen und transportiert wird. Der erzeugte Strom kann direkt genutzt, in Solar-Batterien gespeichert oder ins Stromnetz eingespeist werden. Die Wärme wird entweder in einem Wärmespeicher gelagert oder direkt zur Warmwasserbereitung oder Raumheizung verwendet.
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.
Kontrollsystem: Ein Kontrollsystem steuert und optimiert die unterschiedlichen Energieflüsse im Hybdridkollektor. Es besteht aus mehreren Komponenten:
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 liegt.
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:
Hybridkollektoren | ca. 200 Watt elektrische Leistung/m²; ca. 500 Watt thermische Leistung/m² |
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Separate Photovoltaik-Anlage | 150 bis 200 Watt elektrische Leistung/m² |
Separate Solarthermie-Anlage | 450 bis 600 Watt thermische Leistung/m² |
Für Hybridkollektoren gibt verschiedene Preiskategorien, abhängig von ihrer Art und den spezifischen Technologien, die sie verwenden. Der durchschnittliche Preis für einen Hybridkollektor beträgt etwa 1.000 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 24.000 Euro rechnen.
Kollektorart | Preis pro m²* |
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Abgedeckte Wasser-Kollektoren | ca. 500 bis 2.000 Euro |
Unabgedeckte Wasser-Kollektoren | ca. 400 bis 1.500 Euro |
Luft-PVT-Kollektoren | ca. 400 bis 1.500 Euro |
Konzentrierende PVT-Kollektoren | ca. 600 bis 2.500 Euro |
Flexible Hybridkollektoren | ca. 300 bis 1.500 Euro |
*Preise sind Richtwerte zur Orientierung.
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.
8 Hybridkollektoren à 1.000 Euro | 8.000 bis 12.000 Euro |
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Montage und Installation | 2.000 bis 4.000 Euro |
Batteriespeicher 10 kWh | ca. 10.000 bis 12.000 Euro |
Wechselrichter, Kontrollsysteme | ca. 2.000 bis 3.000 Euro |
Gesamt: | ca. 22.000 bis 31.000 Euro |
Der Vorteil, dass ein Hybridkollektor sowohl Strom als auch Wärme produziert, kann bei kleinen Wohneinheiten wie Einfamilienhäusern zum Nachteil werden. Ein Hybridkollektor ist nur dann sinnvoll, wenn die erzeugte Wärme auch genutzt wird. Fehlen Abnehmer für die Wärme, sinkt im Sommer die Stromproduktion drastisch, da die Überhitzung der Kollektoren die Effizienz der Photovoltaikzellen verringert.
Häufig wird erst in Kombination mit Wärmepumpen der Einsatz von Hybridkollektoren wirklich effizient. Die Wärmepumpe kann zusammen mit den Hybridkollektoren die komplette Wärmeversorgung eines Haushalts übernehmen. Dabei nehmen die Kollektoren die Sonnenwärme direkt am Modul auf und leiten sie an die Sole- oder Luft-Wasser-Wärmepumpe weiter.
In der folgenden Tabelle fassen wir die Vorteile und Nachteile dieser Technik für Sie zusammen.
Vorteile | Nachteile |
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Es werden je nach Bauweise und Anwendung verschiedene Arten von Hybridkollektoren unterschieden:
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.
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.
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 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 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.
Aktuell gibt es Förderungen für Solarthermie mit Hybridkollektoren nur in Kombination mit Wärmepumpen. Die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) bietet Zuschüsse für solche Maßnahmen an. Dabei umfasst die BEG-Förderung Zuschüsse für Einzelmaßnahmen, einschließlich der Installation von Hybridkollektoren und Wärmepumpen und bietet attraktive finanzielle Unterstützung für den Heizungstausch und den Einsatz erneuerbarer Energien.
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Häufig gestellte Fragen
Photovoltaik benötigt den sichtbaren Anteil des Sonnenlichts, denn nur dieser regt die Solarzellen zur Stromproduktion an. Dieser Anteil macht rund die Hälfte der auf der Erde ankommenden Sonnenenergie aus. Immerhin 42 Prozent der Energie bestehen aus Infrarotstrahlung. Diese Wärmestrahlung kennen Sie vom Gefühl des warmen Sonnenlichts auf der Haut im Winter oder von der Rotlichtlampe.
Die Kosten für eine Solaranlage mit Hybridkollektoren liegen zwischen 15.000 und 30.000 Euro, abhängig von der Größe der Anlage, der verwendeten Technologie und den spezifischen Installationsbedingungen. Diese Preisspanne umfasst die Hybridkollektoren, die dazugehörigen Komponenten wie Wärmespeicher und Steuerungssysteme sowie die Installationskosten.
Ein Hybridkollektor lohnt sich, wenn gleichzeitig viel Strom und Wärme benötigt wird, zum Beispiel für Haushalte mit großem Warmwasserverbrauch oder Betriebe.
Ein Hybridkollektor kann in Wohngebäuden, Hotels, Krankenhäusern, Industrieanlagen, landwirtschaftlichen Betrieben, Campingplätzen, Freizeitfahrzeugen, Booten und Bürogebäuden zur gleichzeitigen Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden.