Die Kraft der Sonne: Solarthermie & PVT

Die geplante Reform des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) setzt stärker auf technologieoffene Lösungen. Macht das Solarthermie und PVT für Bauprojekte attraktiver oder schwieriger?

Der im Kabinett verabschiedete Gesetzentwurf macht beide Technologien investitionsseitig wirtschaftlich attraktiver, da für eine neue Gasheizung künftig deutlich kleinere Solarthermie-Flächen ausreichen, um die gesetzlichen Vorgaben zu erfüllen. Das senkt die Gesamtinvestition. Zum Vergleich: Nach aktuell geltendem Recht müssen Solarthermie-Hybridheizungen fast doppelt so groß dimensioniert sein, zudem greift zusätzlich die 65-Prozent-Regel.

Die Betriebskosten können so allerdings oftmals nicht mehr wesentlich gegenüber einem rein fossil betriebenen System gesenkt werden:

Das neue Gesetz fordert beim Neueinbau einer Gasheizung die Einhaltung einer sogenannten Biotreppe – also eine schrittweise Erhöhung des erneuerbaren Gasanteils bis auf 60 Prozent im Jahr 2040. Dem kann man sich durch den Einbau einer ausreichend großen Solarthermie-Anlage entziehen. Als Referenzgröße dient hierbei die sogenannte Aperturfläche des Kollektors. Das ist jedoch kritisch zu sehen: Aufgrund der vielen unterschiedlichen Bauarten sagt diese Fläche nur bedingt etwas über die tatsächlich nutzbare Wärmeenergie aus.

Besonders bei ungedämmten PVT-Kollektoren, die Strom und Wärme gleichzeitig erzeugen, liegt das Temperaturniveau maximal 10-15 Kelvin über der Umgebungstemperatur. Diese Wärme eignet sich selten direkt für Heizung oder Warmwasser (exergetische Nutzung), sondern primär als Quelle für Wärmepumpen oder zur Regeneration von Erdwärmesonden (anergetische Nutzung). Wird die Heizung aber mit fossilem Gas betrieben, bliebe die Heizwärme im Extremfall vollständig fossil. Diese flächenbasierte Pauschalanrechnung steht zudem im Widerspruch zur exakten Systembilanzierung nach DIN V 18599, die die reale Interaktion von Erzeugern und Temperaturniveaus bewertet. 

Insgesamt bleibt die Frage, wie man langfristig auf 100 Prozent erneuerbare Energien im Heizungssektor kommen will. Eine klassische solarthermische Anlage kann im deutschen Normalwetterfall Heizwärme immer nur anteilig unterstützen und benötigt eine Primärversorgung, die im Winter den vollständigen Bedarf bereitstellen kann. Ein PVT-Kollektor als Teil einer Wärmepumpenanlage kann hier ganzjährig eine Lösung anbieten.

Das neue Gesetz würde durch die geringeren Flächenanforderungen die Investitionen sowohl in reine Solarthermie als auch in PVT also investitionsseitig attraktiver machen; das Ziel einer vollständigen Dekarbonisierung der Heizungen wird aber deutlich langsamer erreicht, bzw. zudem bleibt offen, ob dieses Ziel überhaupt erreicht werden kann. Zudem kann ein kleinerer Solarthermieanteil bei Bauprojekten höhere Betriebskosten verursachen.
 

Für welche Gebäudetypen oder Bauprojekte eignen sich Solarthermie oder PVT heute besonders gut – und wo eher weniger?

Grundsätzlich eignen sich alle Gebäude mit ausreichend großen, sonnenbeschienenen Dach- oder Fassadenflächen. Die Flächen sollten in einem guten Zustand, zusammenhängend und groß genug für die typischen Modulgrößen von rund zwei Quadratmetern sein. Zudem müssen Randabstände und Platz für die Wartung eingeplant werden. Vor jeder Installation ist zwingend die Statik zu prüfen, da die Anlagen ein gewisses Eigengewicht mitbringen und zusätzliche Wind- oder Schneelasten verursachen. Bei sanierungsbedürftigen Dächern muss zunächst die Sanierung erfolgen.
 

Welche langfristigen Vorteile bei den Energie- und Betriebskosten können Bauverantwortliche erwarten? Und wie können diese Systeme helfen, Gebäude unabhängiger zu machen?

Solarthermie-Anlagen decken typischerweise 15 bis 35 Prozent des Heizbedarfs. Da sie sehr langlebig und wartungsarm sind, entsprechen die Kosteneinsparungen in etwa diesem Anteil – die solar erzeugte Wärme ist im Betrieb nahezu kostenlos.

PVT-Kollektoren liefern hingegen fast ganzjährig Quellenergie für Wärmepumpen. Da sie gleichzeitig Strom erzeugen, kann dieser direkt für die Wärmepumpe genutzt und so die Stromrechnung gesenkt werden. In Kombination mit einem Speicher oder einer Erdwärmesonde wird daraus ein effizientes System, das eine größere Unabhängigkeit von den volatilen Strom- und Wärmemärkten bietet. 

Weitere große Vorteile von PVT- bzw. Solarthermiekollektoren:

  • Geräuschloser Betrieb ohne Außeneinheit: PVT-Systeme benötigen kein lautes Außengerät im Garten. Sie eignen sich ideal für eng bebaute Wohngebiete mit strengen Lärmschutzauflagen.
  • Höhere Stromerträge durch Kühlung: Die rückseitige Wasserkühlung senkt die Modultemperatur um 10 bis 20 Grad. Das steigert die elektrische Effizienz und bringt jährlich 5 bis 10 Prozent mehr Strom.
  • Sinnvolle Kopplung mit Fernwärme: Die Kollektoren decken die Warmwasser-Basislast und die Heizung in der Übergangszeit und im Sommer ab. Das spart dann teure netzgebundene Spitzenlasttarife.
  • Einnahmen durch kalte oder warme Nahwärmenetze: Überschüssige Wärme lässt sich flexibel in moderne Niedertemperaturnetze einspeisen. Über Prosumer-Verträge wird das eigene Dach sogar zur Einnahmequelle.

Bildquelle: ©goodmen-energy.de

Installation einer Aufdach-PVT-Anlage

Blick in die Zukunft: Werden Solarthermie und PVT im Bau eher Spezialfälle bleiben oder zum Standardbaustein moderner Gebäude?

Solarthermie bleibt in unseren Breitengraden eine Ergänzung, um fossile Heizungen kostengünstig (anteilig) zu dekarbonisieren oder Biomasseanlagen zu ergänzen – sie kann aber wirtschaftlich nicht ganzjährig die alleinige Wärmeversorgung übernehmen. Für Prozesswärme bietet sich Solarthermie ebenfalls an. Konzentrierende Kollektoren können auch in unser Breitengraden Prozesstemperaturen bis 300 °C oder darüber bereitstellen und somit kostengünstig einen Beitrag zur Dekarbonisierung von Industriestandorten liefern.

Bei PVT-Systemen wird die Praxis zeigen, wie effizient sie als alleinige Wärmepumpen-Quelle an kalten Frosttagen arbeiten. Grundsätzlich können sie sehr kostengünstig sein. Ein enormes Potenzial sehe ich für PVT-Kollektoren weiterhin als Regenerationsquelle für Erdwärmesonden oder Eisspeicher. So lassen sich Sondenfelder deutlich kleiner dimensionieren, was teure Bohrmeter spart oder Projekte bei knappen Flächen überhaupt erst ermöglicht. Wir haben selbst schon einige solcher Systeme geplant, wie z. B. auch die PVT-Anlage auf dem Foto, die letztes Jahr in Betrieb genommen wurde. Das Foto stammt aus der Zeit der Installation und man kann die Verrohrung, die Verkabelung und die Aufständerung noch gut erkennen. Generell bleiben solche Multiquellensysteme aber eher eine Lösung für größere Gebäude oder Wärmenetze. Dort können diese Systeme jedoch sehr effizient und zuverlässig Wärme und Strom liefern.

Zur Person:

Dr.-Ing. Lotta Koch

ist Prokuristin und Projektleiterin bei der goodmen energy GmbH in Düsseldorf. Goodmen energy plant regenerative Wärme- und Kälteversorgung von Quartieren und Industriestandorten. Die Projekte umfassen sowohl Neubau als auch die Transformation bestehender Energiesysteme hin zu einer Versorgung aus erneuerbaren Energiequellen. Die Firma ist Mitbegründerin des NETZ-WERKs REGENERATIV zur Dekarbonisierung des Gebäudesektors. Vor ihrem Wechsel zu goodmen energy Anfang 2023 hat Frau Koch 13 Jahre als wissenschaftliche Mitarbeiterin und Projektleiterin am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme im Bereich Solarthermie und Wärmepumpensysteme gearbeitet und hier ihre Fachkompetenzen in den Bereichen Wärmepumpensysteme, Solarthermie und Anlagen- und Gebäudesimulation aufgebaut.

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