Strom & Warmwasser mit einem System erzeugen

9. November 2020
Von einem Hybridmodul oder Kombimodul spricht man, wenn ein Modul sowohl für Photovoltaik wie auch für Solarthermie bzw. zur Warmwassererzeugung genutzt werden kann. Es handelt sich also um eine Kombination aus PV- und Solarthermiemodul auch bekannt unter den Ausdrücken Thermovoltaik oder Photothermie. Der Photovoltaikanteil wird zur Erzeugung von Solarstrom genutzt, der Solarthermieanteil zur Erzeugung von Warmwasser.
Dieser Artikel wurde erstellt von:
Christian Märtel, Redakteur www.Photovoltaik-Web.de
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PhotovoltaikKomponenten: ModuleHybridmodule für Strom und Wärme

Viele Interessenten einer Photovoltaikanlage spielen mit dem Gedanken, die Gelegenheit zu nutzen und auch gleich eine Solarthermieanlage mit auf dem Dach zu installieren. Das ist sehr nahe liegend, da bei beiden Techniken die Sonnenenergie ohne Einsatz fossiler Brennstoffe genutzt werden kann.

Der nächste Gedanke, der einem in den Sinn kommt: Wenn ich schon einen Installateur aufs Dach schicke, warum dann nicht gleich zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen. Alles aus einer Hand, keine unterschiedlichen Module auf dem Dach, Herz, was begehrst Du mehr? Wäre doch genial! Warum ist dann diese Eier legende Wollmilchsau, respektive dieses Hybridmodul so wenig verbreitet? Die Antwort darauf ist recht einfach.

PV-Module mögen's kalt - Solarthermie Kollektoren mögen's heiß

Während bei Photovoltaikmodulen der Ertrag umso höher ist, je niedriger die Zelltemperatur ist, benötigt die Solarthermie logischerweise hohe Temperaturen, um diese in einem Wasserspeicher zu sammeln. Ein Photovoltaikmodul verliert pro Grad Kelvin (Grad Celsius) Temperaturerhöhung ca. 0,4% bis 0,5% an Leistung. Ein Solarthermiemodul arbeitet aber mit sehr hohen Temperaturen. Gerade in der Mittagszeit, wenn die Photovoltaikanlage am meisten Strom produziert, sind die Wasserspeicher der Solarthermie bereits gefüllt.

Wohin mit der Wärme fragt man sich? Wenn das Ventil zum Wasserspeicher geschlossen wird, um eine Überhitzung zu vermeiden können im Modul Temperaturen bis zu 140 Grad Celsius entstehen. Wenn man bedenkt, dass die Nennleistung eines PV-Moduls bei 25° C ermittelt wird, würde das bedeuten, dass ein Modul mit einer Nennleistung von 200 WP nur noch 85 W tatsächliche Leistung bringen würde.

  • 140°C - 25°C = 115°C Temperaturdifferenz
  • 115°C x 0,5%/°C = 57,5% weniger Leistung
  • 200 Wp – 57,5% = 85 Wp.

Und das zur besten Einspeisezeit, nämlich mittags, da muss man schon schlucken.

Wohin also mit der Wärme?

Kommen wir zum nächsten Punkt: Eine Solarthermieanlage benötigt für einen 4-Personenhaushalt für die Warmwasser- und Heizungsunterstützung lediglich ca. 12 Quadratmeter. Eine Photovoltaikanlage in üblicher Größe nimmt aber eine sehr viel größere Dachfläche in Anspruch. Also auch hier muss man sich Gedanken über die Aufteilung machen. Die gesamte Dachfläche mit Hybridmodulen auszustatten macht wenig Sinn, da man die erzeugte Wärme gar nicht nutzen kann.

Der Clou ist also der, die entstehende Wärme entweder zu nutzen oder loszuwerden. Sollten Sie Besitzer eines großen Pools, einer Hotelanlage, eines Seniorenheimes oder einer Saunalandschaft sein, dann sind Hybridmodule für Sie optimal, da die Wärme sofort abgeführt und genutzt werden kann. Hier würden dann die Module während der Mittagszeit sogar bei Temperaturen von ca. 30°C gekühlt werden.

Alle, die nicht auf solche Einrichtungen zurückgreifen können, müssen sich Gedanken darüber machen, wie sie die überschüssige Wärme loswerden. Hier kommen verschiedene Strategien zum Einsatz:

  • PV-Module mit Wasserkühlung
    Hier liegt der Schwerpunkt eindeutig bei der Photovoltaik. Die Module sollen möglichst kühl gehalten werden, damit ihr Ertrag optimal ausfällt.
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  • Kühlsystem am Modul, das Wasser wird im Kreislauf gepumpt. Es sind große Wasserpufferbehälter notwendig, die etliche Kubikmeter fassen sollten. Um das Wasser mittels Umwälzpumpen zu bewegen, ist ein nicht zu unterschätzender Energieaufwand nötig. Da sich das Wasser immer noch erwärmt, kann man es in der Nacht weiter durch die Module pumpen und dadurch herunterkühlen. Alternativ ist es möglich, die Wärme über einen Wärmetauscher loszuwerden. Auch das kostet zusätzlich Energie. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Wärme mit einem Rohrsystem in den Boden abzuleiten.
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  • Kühlsystem mit Grund- bzw. Brunnenwasser
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  • Hybridmodule in Kombination mit einer Wärmepumpe
    Eine Wärmepumpe funktioniert umgekehrt wie ein Kühlschrank. Ein Kühlmedium wird unter Druck verdampft und dann wieder verflüssigt. Dabei wird die freiwerdende Wärmeenergie an einen separaten Wasserkreislauf abgegeben. Dadurch kann beispielsweise aus 30°C im Hybridkreislauf 60°C im Heizkreislauf generiert werden. Negativ wirkt sich wieder einmal der zusätzliche Energieaufwand, der für die Wärmepumpe benötigt wird aus.
  •  
  • Speichern der Wärmeenergie in großen Erdspeichern
    Die überschüssige Wärme wird über eine Wärmepumpe in einen Erdspeicher geleitet und kann dann bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt wieder für den Heizkreislauf verwendet werden. Das ist äußerst aufwendig und lohnt sich für den Normalbürger kaum.
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  • Hybridmodule mit vergleichsweise kleinen Wasserspeichern (einstellige Kubikmeter Wasservolumen)
    Bei dieser Technik liegt das Hauptaugenmerk auf der Solarthermie. Es stehen nur relativ kleine Speichermedien zur Verfügung. Warmwasser für den Hausgebrauch und die Heizungsunterstützung ist damit genügend vorhanden, die Temperaturen der Module erreichen aber ohne weiteres an sonnigen Tagen 60°C bis 80°C. Damit bringt der Photovoltaikanteil entsprechend geringe Leistungen.

Pro & Contra Hybridmodule

Wann kann Hybridtechnik zum Einsatz kommen und unter welchen Umständen sollte man besser Abstand nehmen?

Pro Hybridmodul:

  • Sehr hoher Warmwasserbedarf, dadurch Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades
  • Sehr hohe Speicherkapazitäten vorhanden
  • Grund- oder Brunnenwasser vorhanden
  • Kühlung der Module ratsam (beispielsweise in südlichen Ländern mit extremen Sommertemperaturen, bei denen Module Schaden nehmen könnten)
  • Man möchte alles „aus einer Hand“
  • Ästhetische Gesichtspunkte. Geschlossene, einheitliche Dacheindeckung.
  • Zu wenig Platz auf dem Dach für zwei unterschiedliche Systeme

Contra Hybridmodul:

  • Geringer Warmwasserbedarf
  • Kein oder nur geringer Platz für Wasserspeicher
  • Erhöhter technischer Aufwand und damit erhöhtes Risiko eines Ausfalls sowohl der PV- wie auch der Solarthermieanlage
  • Trotz Hybridmodulen zwei Systeme auf dem Dach, da nicht soviel Solarthermie benötigt wird.
  • Hohe Investitionskosten

Hybridmodul-Hersteller

Persönliches Fazit

Für den normalen Einfamilienhausbesitzer kommen Hybridmodule eigentlich nur in Betracht, wenn ästhetische Gründe absolute Priorität besitzen. Wer den Wirkungsgrad seiner PV-Anlage optimieren möchte, für den wäre ein Kühlsystem interessant. Da hierfür aber große Wasserspeicher und eine aufwendige Systemtechnik erforderlich sind, muss man sich das sehr genau überlegen. Ich würde auf jeden Fall zu zwei separaten Systemen tendieren, da sie nur getrennt voneinander sämtliche Vorteile der jeweiligen Technik voll und ganz zur Geltung bringen können.

Solarthermie kann beispielsweise ohne große Nachteile an teilverschatteten Dachflächen eingesetzt werden, für Photovoltaikmodule bzw. Hybridmodule hätte dies große Ertragsverluste bei der PV-Einspeisung zur Folge. Einen weiteren großen Nachteil sehe ich in der aufwendigeren Technik. Die Photovoltaik ist unter anderem daher so erfolgreich, weil sie sehr störunanfällig ist.

Deshalb mein Eindruck: besser Photovoltaik und Solarthermie (zumindest für den Privatgebrauch) unabhängig voneinander planen mit dem jeweiligen Fachmann für strom- und wärmeerzeugende Anlagen.

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Erfahrungen & Fragen zum Thema Photovoltaik

Kombination von Nachtspeicherheizung und Solaranlage

Ist eine Solaranlage bei Nachtstromspeicherheizung möglich und sinnvoll bei ca. 10.000 KWh Stromverbrauch?
Antwort eines Haus&Co Experten

Ja, das kann eine sinnvolle Kombination sein - besonders, wenn Sie bei der Elektroheizung bleiben wollen. Sie benötigen auf jeden Fall einen Solarstromspeicher - da Sie den Strom dann tagsüber erzeugen, wenn die Nachtspeicherheizung gerade nicht vorheizt. Generell ist der Eigenverbrauch - dank sinkender Einspeisevergütung - stark in den Fokus gerückt. Da Solarstromspeicher auch aktuell noch von der KfW gefördert werden, würde ich da auf jeden Fall einmal ein Angebot anfragen.

Sie können sich das hier einmal kalkulieren (da ich keine Angaben zur verfügbaren Dachfläche habe): https://www.solaranlagen-portal.com/photovoltaik/kosten

Einphasiger oder dreiphasiger Wechselrichter? Welche Vor- und Nachteile gibt es? Was passt du meiner Anlage?

"Einphasiger-", oder "Dreiphasiger-Wechselrichter"? Klar ist die Berechnung der Einspeisung mittels einem saldierendem Zähler gewährleistet. Aber wie verhält es sich mit der Auslastung der Phasen? Eine einphasige Einspeisung bei eine dreiphasigen Verteilung (Ph1: Keller, Ph2: Erdgeschoss, Ph3: Obergeschoss. Da die Einspeisung nur auf die Phase "Obergeschoss" mit wenigen Verbrauchern angeschlossen ist? Habe ich noch einen Vorteil, da die weiteren Phasen ja nicht von der PV-Anlage bedient werden. Einspeisevergütung (nur 12,4): Ja, aber ich will maximalen Eigennutz bei 24,8 ct/kwh.
Antwort von Elektrotechnik Tim Frischling

Es ist nur eine maximale Schieflast von 4,6kW zu gewährleisten.
Wo die PV-Anlage angschlossen ist, ist "relativ egal", da, wie bereits richtig erwähnt die Zähler saldieren.

Auf den gemessenen Eigenverbrauch hat dies keine Auswirkung.

Photovoltaik Freiflächenanlage: Kosten, Förderung und Rentabilität?

Als Erbengemeinschaft von 3 Geschwistern besitzen wir in der Gemarkung Hösbach eine ebene Fläche Agrarland von 10 700 Quadratmetern mit einer erweiterbaren Fläche von weiteren 5 000 Quadratmetern Ackerland unmittelbar parallel im direkten Anschluss. Diese zusätzlichen 5 000 Quadratmeter sind im Besitz von zwei unserer Cousinen. Auf unserem Gelände befindet sich auch ein Hochspannungsmast . Derzeit werden die Grundstücke aufgefüllt mit Erdaushub (fast beendet) bedingt durch vorherigen Kalkabbau. Sowohl die Erbengemeinschaft als auch unsere Cousinen ( zusammen dann als Interessengemeinschaft), sind interessiert an einem Angebot für eine Photovoltaikanlage auf dieser Freifläche von insgesamt 1, 5 Hektar Land . Meine Fragen sind : 1) Was sind die Investitionskosten für eine solche Anlage ? 2) Welche Fördermittel (falls zutreffend) gibt es möglicherweise für solche Projekte. 3) Was wäre die Rentabilität und die Dauer für das Amortisieren einer solchen Investition? Für eine Antwort und Kontaktaufnahme wäre ich Ihnen dankbar. Mit freundlichen Grüßen Peter Hufgard
Antwort von PV Montagen G. Vijayakumar

Es werden mehr Daten Benötigt, daß ist das erste. Denn es steht zum Beispiel die Frage im Raum ob das Erdreich welches grad aufgefüllt wird auch verdichtet wird. Und wie sehr es verdichtet wird. Und nun zur Puntuellen Beantwortung Ihrer Fragen.

1) Die Investitionskosten für solch eine Anlage müssen vorab (nach Inaugenscheinnahme des Geländes sowie Geologisches Gutachten (z.B) erst Berechnet werden wenn mehr Details vorliegen würden.

2) Fördermittel gibt es von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) in dem Maße das es sich, so gesehen um Geldtauscherei handelt.

3) Die Rentabilität einer Anlage von dieser Größe steht ausser Frage. Denn die Energiepreise werden nicht sinken von Jahr zu Jahr sondern eher wird das Gegenteil der Fall sein. Unter Bezugnahme auf das Vorgenannte ergibt sich auch keine Haltbare Aussage über die Dauer der Amortisierung der Anlage.

Nun konnte ich Ihnen leider nicht wirklich weiterhelfen, stelle es Ihnen jedoch anheim mich zu Kontaktieren. Denn die Thematik einer solchen Anlage ist komplexer als das es sich darstellt. Eine reine Angabe der Verfügbaren Fläche ist Dahingehend nicht wirklich Ausreichend.

Viele Grüße

Holger Gerhardt

Neuer Zählerschrank bei Installation einer Photovoltaikanlage?

Liebe Experten, ich denke darüber nach mir eine PV-Anlage aufs Dach zu setzen. Ein Bekannter meinte aber, dass ich dazu auch einen neuen Zählerschrank installieren lassen müsste und, dass das teuer würde. Stimmt das? Muss ein neuer Zählerschrank installiert werden? Und wenn ja was kostet das?
Antwort von Arnold Dach und Solar GmbH

Es muss nicht generell ein neuer Zählerschrank installiert werden.
Nur wenn der vorhandene Zählerschrank nicht mehr den aktuellen Richtlinien entspricht, oder wenn keine neue Messeinrichtung (z.Bsp. digitaler Stromzähler) mehr eingebaut werden kann, weil eine fachgerechte Nachrüstung (z.Bsp. Zählertafel) nicht mehr möglich ist.
Genaue Auskunft kann man beim zuständigen Netzbetreiber erfragen.

Kann ich zwei Strings mit verschiedener Anzahl von Modulen und unterschiedlicher Dachausrichtung an einen Wechselrichter anschließen?

Kann ich zwei Strings mit verschiedener Anzahl von Modulen und unterschiedlicher Dachausrichtung (einmal Süd und einmal Ost) an einen Wechselrichter, kein Multiwechselrichter anschließen?
Antwort von MICO-Energieberatung

Wenn Sie einen Wechselrichter mit zwei MPP-Trackern haben, ist das kein Problem.
Der Maximum Power Point (MPP) eines Solarmoduls beziehungsweise eines Strings ist der Punkt der Strom-Spannungs-Kennlinie, an dem das Solarmodul die höchste Leistung erbringt. Der MPP-Tracker hat nun die Aufgabe, den Maximum Power Point zu ermitteln, da dieser von der Sonneneinstrahlung, der Temperatur und individuellen Moduleigenschaften abhängig ist und sich somit ständig ändert.
Ich hoffe, ich konnte Ihnen damit helfen, sonst melden Sie sich einfach.

Smart Grid ready Funktion: Was bedeutet das?

Kann mir hier jemand den Begriff "Smart Grid ready Funktion" für die Speicherung von Energie mit intelligenter Steuerung erklären? Vielen Dank für die Hilfe!
Antwort eines Haus&Co Experten

Smart Grid-Geräte eröffnen interessante Vernetzungsmöglichkeiten. Beispielsweise können Smart Grid-fähige Wärmepumpen über eine Schnittstelle auf einen Überschuss an Solarstrom reagieren. Stromnetzbetreiber können über die integrierte Smart Grid-Schnittstelle den Stromspeicher direkt ansteuern und die Stromnetze stabilisieren und entlasten. Mit einem solchen Schwärmenetz können Erzeugung und Verbrauch noch weiter entkoppelt werden: Überschüsse, die im Sommer erzeugt werden, können im Winter genutzt werden. Dazu finden Sie auch Infos hier: https://www.solaranlagen-portal.com/photovoltaik/stromspeicher

Lohnt sich eine PV-Anlage bei Ost-West-Ausrichtung des Hauses?

Ich interessiere mich für die Inbetriebnahme einer eigenen Solaranlage. Nun frage ich mich aber, ob sich eine PV-Anlage bei Ost-West-Ausrichtung des Hauses überhaupt lohnt? (Satteldach, ca. 45°)
Antwort von ELEKTRO-HAUSMANN

Hallo,

kann ich nur empfehlen. Wir erhöhen damit die Sonnenstunden für die PV-Anlage und können
damit den Eigenverbrauch, über den sich die PV-Anlage zuerst rechnet optimieren. Gleichzeitig
können wir mit der 70% Regel zusätzliche Kosten für einen Rundsteuerempfänger sparen.
Deshalb Ost-West.

Gruß
G.Hausmann

Muss ich meinen selbst erzeugten und verbrauchten Strom versteuern?

Ich habe im Febr. 2016 eine Photovoltaikanlage (7,1 Kwp) mit Speicher installiert. Von der Kleinunternehmerregelung habe ich keinen Gebrauch gemacht, also die gezahlte Mwst. rückerstattet bekommen und monatlich eine Umsatzsteuervoranmeldung gemacht. Muss ich nun den selbst verbrauchten Strom versteuern und wenn ja, zu welchem Kw/h-Preis?
Antwort von Greentec-Solar GmbH

Hallo,

Eigenverbrauch ermitteln und mit dem Stromtarif der aktuellen Stromrechnung multiplizieren.
Aus diesem Betrag den Anteil der MwSt ermitteln und bei der Umsatzsteuererklärung anzeigen.
Den Netto-Betrag aus dem
Eigenverbrauch als Einnahme der PV-Anlage bei der Gewinn-Verlustrechnung einbeziehen
und den Gewinn aus der PV-Anlage bei der Einkommensteuererklärung angeben.

das nur als grobe Aussage, genaues sagt der Steuerberater oder das Finanzamt.
Alle Angaben nach besten Wissen, ohne Gewähr.

Hoher Stromverbrauch trotz PV und Einspeisung: Wo liegt die Ursache?

Wir haben ein Einfamilienhaus mit 4 Personen. Nach unseren Zählern verbrauchen wir 5000kWh/Jahr Strombezug aus Netz, wir speisen ca. 6000-7000kWh ein und haben laut Ertragszähler ca. 9500-10000kWh Gesamt PV Ertrag. Nach dieser Rechnung hätten wir einen Gesamt-Stromverbrauch von fast 8000 kWh/Jahr. Ich kann das fast nicht glauben. Es sind jedoch seit unserem Einzug seit 3 Jahren die ungefähr gleichen Messwerte. Wo liegt hier das Problem? Wir hatten auch davor in unserer Wohnung nie einen solch hohen Wert. Ich vermute mittlerweile, dass es ein Problem mit den Zählern ist? Wir haben einen kombinierten Zähler für Bezug/Einspeisung der Netze mit wechselnder Anzeige (elektronisch). Der PV Zähler sitzt auch im Kasten, ist aber separat.
Antwort von Ingenieurbüro Energieexperten-Südwest

Ich vermute mal, dass Sie schlicht und ergreifend große Stromverbraucher haben. Da müssen Sie schon auf die Suche gehen. Was ist anders als in der früheren Wohnung? Zusätzliche Geräte? Gefriertruhe? Computer im Dauerlauf?
Wie wird das Haus denn eigentlich beheizt (Wärmepumpe mit el. Heizstab?) und wie wird warmes Wasser erzeugt?

Solaranlage bei Ost-West-Dach sinnvoll?

Mein Hausdach hat eine Ost-West Ausrichtung. Lohnt sich da eine Solaranlage? Außerdem läuft der Länge nach eine Stromleitung übers Dach, die stören könnte.
Antwort von Teck Solar E.k

Für die Nutzung PV-Anlage für Eigenbedarf finde ich Ost-West Dächer sogar besser, da man auf den ganzen Tag verteilt kontinuierlicherer Stromerzeugung hat. Es gibt keine Spitzen in der Mittagszeit, dafür aber Früh und Abend bessere Ausbeutung. Bezüglich Stromleitung: man kann die Erträge optimieren wenn man SolarEdge Wechselrichter und Optimierer einsetzt. In dem Fall arbeiten nur die Module schlechter die wirklich vom Schatten getroffen sind.

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