Hybrid Solar Kollektor

Jedes Gebäude bedarf generell sowohl der thermischen als auch der elektrischen Energie. Die der Sonne zugewandten Gebäudeflächen erhalten pro Jahr einen um Faktoren höheren Wert an Solarstrahlungsenergie als im Winter benötigt wird. Auf den Dächern wird das seit längerer Zeit mit thermischen Kollektoren und mittels Photovoltaik genutzt. Eine Photovoltaikanlage gewinnt aus der solaren Strahlung nur rund 20% elektrische Energie und wandelt rund 60% in Wärme um.
Die Funktionsvereinigung dieser zwei Elemente zu einem Photovoltaik (PV) und thermischen (T) Kollektor liegt nah. Es ist eine Kombination von PV Zellen und einem thermischen Solarkollektor, was gleichzeitig aus Solarstrahlung elektrischen Strom und nutzbare Wärme erzeugt. Als Resultat der kombinierten Produktion von Elektrizität und Wärme, können PVT Module mehr Energie pro Fläche erzeugen als beide Systeme einzeln nebeneinander. Sie sparen somit an auszurüstender Fläche und sind an Orten begrenzter Flächen vorteilhafter einzusetzen. Dazu haben PVT Module gegenüber PV oder thermischen Kollektoren durch ihre Einheitlichkeit einen ästhetisch Vorteil.
Die im Kollektor entstehende Wärme ist für das Niedertemperatursystem bereits bei einer Temperatur von 25-35°C als Energiequelle interessant, da sie in grosser Menge verfügbar ist. Im Winter übersteigt der Energiebedarf den Ertrag. Im Sommer ist es hingegen möglich Energie im Überschuss zu gewinnen. Um den Überschuss vom Sommer im Winter nutzen zu können, braucht es einen geeigneten saisonalen Speicher. Als Speichermöglichkeit eignet sich das Erdreich, dessen Zugang bereits mit einer Wärmepumpe gewährleistet ist. Eine zweite tiefere Bohrung auf 300 – 350 m ermöglicht die Erschliessung eines tieferen Bereiches des Erdreichs mit höheren Temperaturen. Die gewonnene Wärme kann je nach Temperatur als direkte Wärmequelle für die Fussbodenheizung, als Anergiequelle für die Wärmepumpe zur Erwärmung des Brauch-Warmwassers oder zur Regeneration des Erdspeichers genutzt werden. Die auf einem höheren Temperaturlevel gewonnene Energie wird in grossem Masse im Erdreich gespeichert und bei Bedarf über die Wärmepumpe jederzeit verfügbar gemacht. Im Winter kann so die Wärme dem Erdreich entzogen und über die Wärmepumpe für die Raumheizung und die Warmwasseraufbereitung verwendet werden. Dabei ist die aus dem Erdreich entzogene Wärmeenergie dank der Wärmeeinspeisung durch den Sommer hindurch auf einem höheren Temperaturlevel, was den COP der Wärmepumpe erhöht und bei gleicher Menge elektrischer Energie mehr Wärme umgesetzt werden kann.

Das oberste Ziel besteht darin, eine wirtschaftlich attraktive Lösung zu erhalten, um ästhetisch ansprechende Gebäude nachhaltig mit Energie versorgen zu können. Nicht die Maximierung der Effizienz der einzelnen Komponenten wird angestrebt, sondern die Optimierung des Gesamtsystems bezüglich Energie und Ökonomie. Der exergetische Gesamtwirkungsgrad des Systems Wärmepumpe, Wärmetransportsystem und PVT Kollektor wird durch die Regelung der Temperatur des Wärmeleitmediums optimiert. Grundvoraussetzung dazu ist ein kundenfreundliches Produkt, das zuverlässig, ästhetisch, wartungsarm, einfach zu installieren ist und zu einem angemessenen Preis erhältlich ist.

Kontakt: Marc Bätschmann