Sollen thermische Solaranlagen oder Photovoltaikanlagen bevorzugt werden?

Thermische Solarkollektoren sind die derzeit beste Lösung zur Deckung des Warmwasserbedarfs. In einigen Jahren wird es aber mit den erwarteten Technologiefortschritten aus wirtschaftlicher und energetischer Sicht immer interessanter werden, den Gesamtenergiebedarf eines Gebäudes mit Photovoltaikmodulen zu decken, die an eine Wärmepumpe gekoppelt sind.

Gemäss den Prinzipien der Energieeffizienz müsste für die Produktion von Warmwasser aus Sonnenenergie eine möglichst direkte Umwandlung der Sonneneinstrahlung in Warmwasser erfolgen. Es erscheint also viel logischer, thermische Solarkollektoren direkt zu nutzen (mit einem theoretischen Wirkungsgrad von mehr als 60%, welcher in der Praxis 25-40% beträgt), anstatt den Warmwasserbereiter mit Strom zu speisen, der von Photovoltaikpanelen mit einem viel geringeren Wirkungsgrad (in der Grössenordnung von 16%) produziert wurde. Die Situation ist allerdings nicht so einfach, wie sie aussieht.

Solarthermische Anlagen bestehen aus Solarkollektoren, in denen (in einem geschlossenen Kreislauf) Wasser zirkuliert, das direkt von der Sonnenstrahlung erwärmt wird und dann in einem Boiler gespeichert wird. Aus ästhetischen aber auch aus Frostschutzgründen (dem zirkulierenden Wasser muss Frostschutzmitteln beigegeben werden) steht bei der Mehrheit der Anlagen der Boiler nicht unter dem Dach, direkt unter den Solarkollektoren, wie es in einigen südeuropäischen Ländern zu sehen ist. Der Boiler befindet sich im Allgemeinen im Keller und das Wasser zirkuliert somit über die gesamte Gebäudehöhe und zwar mittels Pumpen, Ventilen und Sensoren, die die Regelung sicherstellen.

Ausserdem erfolgt die Höchstproduktion von Warmwasser im Sommer. Diese Jahreszeit fällt oft mit der Ferienzeit zusammen, während der ein Überhitzungsrisiko besteht. Deshalb bedarf es zusätzlicher Vorrichtungen, die es ermöglichen, einen Teil der Energie abzuführen und so einen Überdruck im System zu vermeiden.

Darüber hinaus ist es notwendig, eine Zusatzheizung für die Produktion von Warmwasser in niederschlagsreichen (sonnenarmen) Zeiten zu installieren. Schlussendlich sind thermische Solaranlagen aufgrund des Gesamtaufwandes bei der Installation auf bestehenden Gebäuden relativ teuer (zwischen 2000 und 3000 Fr/m2 Kollektoren). Bei neuen Gebäuden kommt die Installation wesentlich billiger. Die Effizienz der Anlagen hängt stark von ihrer Nutzung ab: Wenn Warmwasser erzeugt und verbraucht wird, kann der Wirkungsgrad der solarthermischen Anlagen über 60% liegen. Wenn das Warmwasser nicht verwendet wird, ist ihr Wirkungsgrad allerdings natürlich bei Null! Es ist daher wichtig, die Anlage richtig zu dimensionieren und auf die tatsächlichen Bedürfnisse abzustimmen.

Ein alternativer Ansatz besteht darin, Photovoltaikmodule zu nutzen und mit einem Teil des erzeugten Stroms eine Wärmepumpe zu speisen, um so Brauchwarmwasser zu produzieren und den Heizbedarf der Räumlichkeiten zu decken [→ F27]. Wenn die Wärmepumpe ausgeschaltet ist (insbesondere in Ferienzeiten), hat diese Strategie den Vorteil, dass Strom aus den Photovoltaikmodulen ins Stromnetz eingespeist werden kann, anstatt die Energie der solarthermischen Kollektoren abführen zu müssen.

Angesichts des fortwährenden technologischen Fortschritts der Photovoltaikmodule und der Wärmepumpen liegt der Wirkungsgrad dieses kombinierten Systems nunmehr bei über 60% und damit über dem effektiven Wirkungsgrad von thermischen Anlagen und weist darüber hinaus noch Steigerungspotenzial auf. Die Kosten dieser Anlagen sind nach wie vor hoch, sinken aber kontinuierlich, während der Preis der solarthermischen Anlagen eher stagniert.