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Autor: Thomas B. · Zuletzt aktualisiert: 29.03.24
Wirtschaft Finanzen Nachhaltigkeit · 8 Min. Lesedauer
Für viele Menschen sind die beliebten Sonnenkollektoren der Solarthermie und die Photovoltaik ein und dasselbe, denn beide benutzen die Sonne als Energiequelle – doch das Endprodukt ist ein anderes. Welche der beiden Methoden ist besser?
Insgesamt gibt es einen Unterschied zwischen Solar- und Photovoltaikanlagen. Allgemein kann Solarenergie jede Form von gesammelter Sonnenenergie sein, einschließlich der Übertragung von Wärmeenergie. Dies kann zur Erwärmung von Wasser oder einer thermischen Masse wie Beton genutzt werden. Photovoltaik dagegen ist der Prozess der Umwandlung von Elektrizität aus Sonnenlicht.
Photovoltaik erzeugt elektrischen Strom aus Sonneneinstrahlung, während die Solarthermie Wärme aus der Sonneneinstrahlung erzeugt.
Betrachten wir zunächst die Gemeinsamkeiten zwischen Photovoltaikmodulen und thermischen Solarkollektoren. Viele Menschen verwechseln sie, weil beide Lösungen auf Dächern und am Boden installiert werden, und zwar mit Hilfe von Strukturen, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurden. Eine weitere Ähnlichkeit zwischen den beiden Lösungen ist die Nutzung der Sonnenenergie. Eine Investition in die nachhaltige Energieversorgung kann den Ruhestand sorgenfreier machen.
Hier enden jedoch die Gemeinsamkeiten, denn die thermische Solarenergie wird von den beiden Systemen zu völlig unterschiedlichen Zwecken aufgenommen. Photovoltaikanlagen werden für die Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität installiert, während Sonnenkollektoren die Sonnenstrahlung in Wärme umwandeln. Aus diesem Grund konkurrieren diese Lösungen nicht miteinander. Vielmehr können sie sich gegenseitig ergänzen. Möchte man in einen Solarpark investieren, sollte man ein paar grundlegende Schritte beachten.
Sie kennen bereits den Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie. Nun ist es an der Zeit, sich mit dem Aufbau der beiden Systeme zu befassen. Solarthermische Kollektoren absorbieren die Sonneneinstrahlung, die auf den Absorber trifft, der die Energie an das Medium überträgt, in der Regel eine Wasser-Glykol-Lösung. Das Medium versorgt den Wärmetauscher mit Wärme in Form von heißem Wasser.
Wie Photovoltaikanlagen arbeiten auch die beliebten Solarkollektoren am effizientesten, wenn die Anlage nach Süden ausgerichtet ist. Im Gegensatz zu PV-Paneelen unterliegen thermische Solarkollektoren jedoch erheblichen Einschränkungen, da sie nur bei Sonnenschein arbeiten, was an kalten und bewölkten Tagen zu erheblichen Wärmeverlusten führt. Gegenwärtig gibt es zwei grundlegende Typen von Solarthermie Kollektoren: Flach- und Vakuumkollektoren. Aufgrund der klimatischen Bedingungen in den nördlichen Breitengrade arbeiten beide Typen am effizientesten von April bis Ende Oktober, wenn die Sonneneinstrahlung am intensivsten ist.
Solarthermische Kollektoren absorbieren Sonneneinstrahlung durch eine Flüssigkeit in einem Rohrsystem und versorgen durch einen Wärmetauscher das Haus mit Warmwasser.
Flache solarthermische Kollektoren ähneln von außen betrachtet in gewisser Weise PV-Paneelen, da der Sonnenenergieabsorber die Form einer flachen Metallplatte hat. Von unten ist er mit einem Rohrsystem verbunden, in dem das Medium zirkuliert, welches das im Tank gespeicherte Warmwasser erwärmt. Die Grundlage für einen effizienten Betrieb des gesamten Systems ist eine angemessene Wärmedämmung aus Mineralwolle. Je nach Wetterlage kann die erzeugt Wärme aber zu gering sein, um eine ausreichende Temperatur für klassische Heizungsanlagen zu erreichen.
Bei Vakuumkollektoren wiederum ist der Absorber kein integriertes Ganzes, sondern in Komponenten unterteilt, die in separaten Vakuumrohren untergebracht sind. Die Flüssigkeit, welche die Wärme sammelt, ist durch ein Vakuum von der Außenumgebung isoliert. Die Rohre mit dem Heizmedium sind an eine Sammelschiene angeschlossen, das die Wärme der Sonne auf das Wasser im Wärmetauscher überträgt. Die Flüssigkeit zirkuliert zwischen Wärmetauscher und Vakuumkollektor in einem Rohrsystem, das durch die Sonneneinstrahlung erwärmt wird. Ein Spiegel oder eine reflektierende Oberfläche konzentriert die Sonneneinstrahlung auf die einzelnen Rohre.
Der Vorteil von Vakuumkollektoren ist eine höhere Effizienz gegenüber flachen, solarthermischem Kollektoren und können höhere Temperaturen von bis zu 150 Grad Celsius oder mehr erreichen. Für den normalen Haushalt zur Warmwasseraufbereitung reichen schon deutlich kleinere Temperaturen. Daher wird die kostengünstigere flache Variante in 90 Prozent der Fälle bevorzugt.
Photovoltaik (PV) Solarmodule bestehen aus Silizium Halbleiter, welche die Sonnenenergie absorbieren und in Strom umwandeln.
Photovoltaikanlagen wandeln Sonnenenergie in elektrischen Strom um und wird zur Versorgung aller Arten von Anlagen und Geräten in Haushalt, Büro, Industrie und Landwirtschaft verwendet. Der Anwendungsbereich der Photovoltaik ist viel breiter als der der thermischen Solarkollektoren, die in erster Linie für die Warmwasserbereitung verwendet werden. Es gibt auch Anlagen, die thermische Solarenergie nutzen um einen Stromgenerator anzutreiben.
Bei den Photovoltaikanlagen in privaten Immobilien und den meisten industriellen Anlagen wandelt der Wechselrichter den Gleichstrom in Wechselstrom um, also in den Strom, der in den Steckdosen der Haushaltssysteme fließt. Sehr wichtig ist, dass die Photovoltaikanlage nicht nur an sonnigen Tagen, sondern das ganze Jahr über funktioniert, auch wenn die Sonneneinstrahlung geringer ist. Bei kleinren Wohnungen oder in Micro Apartments in der Stadt kann sich ein Balkonkraftwerk zur Stromerzeugung schon nach ein paar Jahren rentieren.
Die im Sommer erzeugte überschüssige Energie wird vom Prosumer (engl. Producer + Consumer - Menschen, die ein bestimmtes Gut sowohl produzieren als auch konsumieren) an das Energieversorgungsunternehmen übertragen, um einen Teil der gespeicherten Reserven in den Herbst- und Wintermonaten "zurückzugewinnen", wenn die Photovoltaikanlage weniger produktiv ist. Dadurch werden die Stromrechnungen erheblich gesenkt. Bei den aktuellen Rekordstrompreisen ist die Vergütung von dem eingespeisten Strom aber sehr gering, im Vergleich zum Einkaufspreis für die Wintermonate – man muss das 4-5 fache im Sommer einspeisen um den Bedarf vom Winter zu decken.
Thermische Solarenergie ist effizeinter als PV-Solarenergie. Thermische Solaranlagen können einen Wirkungsgrad von 50 bis 70 % erreichen. Das bedeutet, dass sie von bis zu 70 % der Sonneneinstrahlung in Wärme umwandeln kann. Bei der Photovoltaik liegt der höchste Wirkungsgrad bei nur etwa 20 %. Das bedeutet, dass es nur 20 % von 100 % der Sonnenenergie in Strom umwandeln kann.
Es gibt viele Faktoren, die PV-Solaranlagen gegen Solarthermie ausspielen. PV-Solaranlagen sind in der Regel teurer in der Anschaffung, aber weniger wartungsintensiv. In Verbindung mit staatlichen Zuschüssen oder Energieeffizienzprogrammen kann die PV-Solaranlage günstiger werden. Allgemein amortisieren sich beide Anlagen nach einer gewissen Zeit und eine Kombination aus beidem oder die Verbindung von Strom aus Photovoltaik und Wärmepumpen und Energiespeicher kann die Effizienz weiter steigern.
Wenn die thermischen Sonnenkollektoren lange Zeit keine Wärme an das Wasser abgegeben haben, kann es bei intensiver Sonneneinstrahlung zu Stagnation oder Leckagen kommen. Diese Art von Defekt tritt bei Photovoltaikanlagen nicht auf, da es sich um völlig andere Systeme handelt. Solarthermie Anlagen haben einen empfohlenen Wartungszyklus von ca. 2 Jahren. Im Rahmen der Wartung einer Solarthermieanlage erfolgt unter anderem eine Kontrolle der Solarflüssigkeit und ob sich Risse gebildet haben. Die Solarflüssigkeit sollte in regelmäßigen Abständen auf ihren ph-Wert und vorhandenen Frostschutz überprüft werden und Sicherheitshalber alle 5 bis 6 Jahre ausgetauscht werden.
Eine Photovoltaik sollte dagegen in regelmäßigen Abständen einer Sichtprüfung durch einen Fachbetrieb oder fachkundiges Personal unterzogen werden. Die Kosten für die Wartung einer Photovoltaikanlage durch einen Fachbetrieb liegen bei etwa 50 bis 250 Euro, bei einer professionellen Reinigung kommen in der Regel noch einmal zwei bis drei Euro pro Quadratmeter hinzu. Staub, Blütenstaub, Moos oder weitere Verschmutzungen durch Tiere, Pflanzen und Witterung können die Leistung beeinträchtigen und unterscheiden sich stark nach Standort.
Als Richtwert kann man den erzeugten Solarstrom über 1-3 Monate mit dem Vorjahr vergleichen und ausrechnen, ob sich eine Reinigung lohnen würde. Alternativ kann man auch nur ein einzelnes Modul reinigen und die erzeugte Leistung vergleichen und auf die gesamte Anlage hochrechnen. Bei einer Photovoltaik auf einem Bauernhof kann durch die höhere Staubentwicklung die Reinigung schon nach ein paar Monaten wirtschaftlich sein. Beide Systeme stellen eine gute nachhaltige Investition dar.
Thomas B.
Redakteur
Master-Student im Fach Physik mit besonderem Interesse an Technik- und Finanzthemen.
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