nt 02 | 2020: Hybride Solartechnologien

Hybridkollektoren - Yes they can!

Alexander Friedrich, Michael Ruthensteiner

3F Solar mit Sitz in Wien hat 2012 begonnen, einen Hochleistungs-Hybridkollektor zu entwickeln, der in einem Element gleichzeitig Strom sowie Wärme erzeugt und damit eine höhere Energieausbeute pro Quadratmeter erreicht. Dabei handelt es sich um einen abgedeckten und isolierten PVT-Kollektor, der eine besonders hohe thermische Leistung auch bei mittleren Betriebstemperaturen erzielen kann. Das Photovoltaik (PV)-Laminat ist doppeltverglast und mit Argon gefüllt. Der ultraschallverschweißte, vollflächige Kupfer-Kupferabsorber und die Isolierung sorgen für die thermische Leistung. Die hohe Effizienz im mittleren Temperaturbereich bietet die Möglichkeit, viele Anwendungsbereiche effizient abdecken zu können. Im Planungsbereich arbeitet 3F Solar seit einigen Jahren mit dem Unternehmen ruvi in Eichgraben (Niederösterreich) zusammen, das für die optimale Einbindung der Hybridkollektoren in Bestands- und Neusysteme verschiedener Größenordnung sorgt. ruvi liefert außerdem die angepasste Leit- und Regeltechnik mit speziell entwickelten Regelungsalgorithmen, die den effizienten Betrieb der Hybridkollektoren sicherstellt.

Abgedeckter PVT-Kollektor. Foto: 3F Solar

Anwendungsbereiche und Systemkombinationen

Der Hybridkollektor ist nur ein Bestandteil, wenn auch ein sehr wichtiger, für erneuerbare Energiesysteme. Die Anwendungsbereiche sind durch das breit abdeckbare Temperaturband sehr vielfältig und umfassen neben privaten Ein- und Mehrfamilienhäusern auch Hotels, öffentliche Gebäude, Freizeitanlagen, Krankenhäuser und Schulen sowie Bürogebäude. Ein Sonderbereich sind autarke Systeme und Entsalzungsanlagen.

Die ersten PVT-Systeme wurden 2015 von 3F Solar realisiert, mittlerweile sind über 50 Anlagen mit Kollektorflächen von insgesamt knapp über 1000 m² in Betrieb. Dabei steht die Erzeugung von Warmwasser, die Versorgung von Niedertemperaturheizsystemen, aber auch die Nutzung der Hybridkollektoren für Bauteilaktivierung sowie die Regeneration von Erdreich im Zusammenhang mit Geothermie oder Anergienetzen im Mittelpunkt.

Solar ONE Produktfotos: 1, 2. Foto: 3F Solar

Umsetzungsbeispiel

Das Boutiquehotel "Weinspitz" in der Wachau hat sich 2018 dazu entschlossen, Sonnenenergie zu nutzen und dadurch nicht nur eine Reduktion der Energiekosten zu erreichen, sondern einen wichtigen Beitrag zur Reduktion der CO₂-Emissionen zu leisten. Die ursprüngliche Idee des Hoteleigentümers war es, den Strombedarf mittels einer konventionellen Photovoltaikanlage zumindest teilweise zu decken. Erste Angebote für eine PV-Anlage lagen bereits am Tisch, doch eine detaillierte Analyse des Energiesystems und der Verbräuche zeigte, dass das Hotel einen Großteil der bereitgestellten Energie für Wärme aufwendet und der Haushaltsstrombedarf nur eine untergeordnete Rolle spielt. Einer der größten Energieverbraucher war das beheizte Außenpool, das ursprünglich direkt elektrisch beheizt wurde. Durch eine komplette Umstellung des Versorgungssystems konnte der Stromverbrauch deutlich reduziert werden. Zusätzlich zur thermischen Beheizung des Pools wird nun auch das Niedertemperaturwärmeabgabesystem sowie die Warmwasserbereitung bedient. Hier zeigt sich, dass der Einsatz von abgedeckten PVT-Kollektoren sinnvoll ist, wenn höhere Temperaturniveaus gefordert sind und bezogen auf den Verbrauch wenig Dachfläche vorhanden ist. Diese Flächenkonkurrenz ist speziell in der Hotellerie und im mehrgeschoßigen Wohnbau relevant. In diesem Bereich eignen sich PVT-Kollektoren sehr gut, da sowohl elektrische als auch thermische Energie im Gebäude benötigt wird.

Die installierte Kollektorfläche von 65 m² in der Hotelanlage ermöglicht einen jährlichen solaren Deckungsgrad von bis zu 60 %. Zusätzlich wurde eine reine Photovoltaikanlage mit einer elektrisch installierten Leistung von 13 kWp am Spabereich installiert. Die gesamte jährliche Einsparung an Energiekosten beträgt ca. 4 500 € und als zusätzlicher Benefit werden noch ca. 3 000 kg CO₂ pro Jahr eingespart.

65 m² PVT-Anlage des Hotels "Weinspitz" in der Wachau. Fotoquelle: 3F Solar

Ein weiteres Hotelprojekt ist das kurz vor der Umsetzung befindliche Hotel „Riederhof“. Ein großer Anteil des Wärme- und Stromverbrauchs wird hier mit einer Kombination aus einem 60 m² Hybridkollektorfeld sowie einem 54 m² Vakuum-Röhrenkollektorfeld abgedeckt. Die Kollektoren liefern Energie zur Heizungsunterstützung sowie für die FrischwassermodulKaskade. Im Sommer sollen die hohen Temperaturen Antriebsenergie für eine Adsorptionskältemaschine liefern. Durch die zusätzliche Möglichkeit der Vorwärmung der Kaltwasserleitung und der Beladung des Outdoor-Pools können die PVT-Kollektoren unter anderem in einem niedrigen Temperaturbereich betrieben werden, der durch den Kühleffekt die Stromerträge um bis zu 4-6% erhöht. Außerdem können die PVT-Kollektoren für eine Anhebung der Rücklauftemperaturen des Vakuumröhren-Kollektorkreises verwendet werden. Das Konzept besitzt ein hohes Multiplikationspotenzial und kann gut auf andere Hotels übertragen werden. Aufgrund des innovativen Systemkonzeptes wurde das Projekt im Förderprogramm „Solarthermie - Solare Großanlagen 2019“ des Klima- und Energiefonds in der Kategorie „Neue Technologien und innovative Ansätze“ eingereicht und erhielt einen positiven Förderentscheid. Das Projekt wird einem einjährigen wissenschaftlichen Monitoring unterzogen werden und somit einen wichtigen Beitrag in Bezug auf Erfahrungszuwachs und Multiplikationspotenzial liefern.

Fazit

Das Interesse an PVT-Technologie hat in den vergangenen Jahren zugenommen und innovative Kollektoren und marktrelevante Systemkonzepte können in vielen Anwendungsbereichen ihre energetischen Vorteile ausspielen. Wenn Gebäude 20, 40, 60 oder bilanziell sogar 100 % der benötigten Energie selbst erzeugen und in Energieverbunden handeln, dann wird nicht nur CO 2 eingespart, sondern auch die lokale Wertschöpfung gestärkt. Hybridkollektoren können hier einen wesentlichen Beitrag leisten. Yes, they can!

Autoren

Mag. Alexander Friedrich ist Geschäftsführer von 3F Solar Technologies GmbH. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Michael Ruthensteiner, MA ist Geschäftsführer von ruvi e.U. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Statement

Ein zukünftiges, entfossiliertes Energiesystem wird auf der Kombination verschiedener Technologien aufbauen, wie z. B. PVT-Kollektoren. Diese können ihre Vorteile in jenen Bereichen ausspielen, in denen es um eine hohe Flächeneffizienz und die gleichzeitige Nutzung von solar erzeugter Wärme und Strom geht. Der Klima- und Energiefonds unterstützt PVT-Systeme im Rahmen des Förderprogramms Solarthermie – solare Großanlagen und verzeichnet in den letzten Jahren eine steigende Nachfrage in diesem Bereich.

Gernot Wörther, Österreichischer Klima- und Energiefonds