0004 PVT – Neue alte Technologie auf dem Vormarsch

Hallo, mein Name ist Andreas Wöll. Ich bin Gründer von WOELL-Consulting und seit nunmehr 30 Jahren in den Erneuerbaren Energien tätig. Ich bin mithin ein Experte für die Energie- und Wärmewende und auch für Indoor-Farming-Konzepte. Außerdem bin ich zudem Vorsitzender des Fachausschusses Solarthermie – Erneuerbare Wärme der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie e. V.

Schon seit einiger Zeit begegnen einem Begriffe wie Agrivoltaik – manchmal auch martialisch Agrovoltaik genannt. Die Idee: Fotovoltaik nicht nur auf dem Dach, dem Carport oder an der Fassade, sondern direkt auf dem Acker, also oben Strom, unten Salat, oder Erdbeeren, oder Gemüse, oder was weiß ich! – zu installieren. Und ja – in manchen Regionen der Welt funktioniert das bereits hervorragend.

Agrivoltaik in der Nähe von Kaohshung (Taiwan) für den Anbau von Essfarn, Champignons und Lingzhi).

Agrivoltaik ist weltweit auf dem Vormarsch. In Japan, werden z. B. zwischen den Solarpaneelen Süßkartoffeln angebaut. In Frankreich nutzen Winzer die PV-Anlagen, um die Reben vor den Auswirkungen des Klimawandels zu schützen. In Deutschland, im Bodenseegebiet, wird PV mit dem Apfel- oder in der Hallertau gar dem Hopfenanbau kombiniert. In China, Kasachstan und der Mongolei nutzt man die Agrivoltaik, um die Wüsten wieder zu begrünen und zum Beispiel Heilpflanzen anzubauen.

Ich verweise bei der Gelegenheit auf das Video von Sven Tetzlaff zu genau diesem Thema.

Doch wie das immer so ist: Eine Technologie allein kann uns nicht den Hintern retten. Eine Technologie, die gar nicht so jung ist und die z. Z. noch eine eher untergeordnete Rolle spielt, ist die PVT. Diese Technologie wird immer dann interessant, wenn das Flächenangebot begrenzt ist und neben Strom auch Wärme produziert werden muss. Eigentlich trifft das auf so ziemlich jedes Eigenheim zu. Aber es gibt noch deutlich mehr Anwendungsfälle mit einem deutlich größeren Impact.

Was ist also dieses ominöse PVT? Es ist die Kombination aus Fotovoltaik und Solarthermie in einem Bauteil. Also einerseits ein thermischer Solarkollektor und andererseits ein PV-Modul. Klingt einfach, aber so simpel ist es dann doch nicht, ich werde weiter unten darauf eingehen.

PVT gibt es, man glaubt es kaum, bereits seit den 80er Jahren.

Aber wie es mit guten Ideen manchmal so ist – sie sind ihrer Zeit voraus.
Für mich war PVT lange Zeit der sympathische Außenseiter auf den Messen und Solarshows: immer eingeladen, aber selten verbaut.

Die Gründe für den zögerlichen Einsatz waren unterschiedlich. Z. B. pure Unkenntnis beim Endkunden und vor allem dem Handwerk – denn ein Heizungsbauer verbaut keine PV und ein Elektriker keine Solarthermie. Besonders in DE steht sich da die Handwerksordnung selbst im Weg.

Der meines Erachtens wichtigste Grund für die Schwierigkeiten ist – die Anlagen waren meist nicht industriell gefertigt, sondern mehr oder minder in Manufaktur – jenseits aller Industriestandards – und damit sowohl preislich als auch bezüglich der street credibility nicht wirklich attraktiv.

Hinzu kommt, dass erst mit dem Advent der Wärmepumpe bestimmte Forderungen an die thermischen Anlagen, z. B. bezüglich Temperaturen, neu definiert wurden. Um es einfach zu sagen: Die Vorlauftemperaturen sind heute deutlich niedriger als noch im Öl- oder Gasheizungs-Zeitalter.

Ich schweife hier mal kurz in die Technik ab: Die heute üblichen Silizium-PV-Module haben einen negativen Temperaturkoeffizienten – heißt – der Wirkungsgrad der Module nimmt mit steigender Temperatur ab. Man kann diesen Effekt aus den entsprechenden Kurven ablesen.

Die Module aktiv zu kühlen, ist also ein naheliegender Gedanke. Doch solarthermische Anlagen alten Typs hatten sehr hohe Rücklauftemperaturen. Um die Begriffsverwirrung hier komplett zu machen: Der Rücklauf ist das, was bei einem Kollektor auf dem Dach ankommt, und der Vorlauf das, was in den Heizungskeller fließt. Das heißt, unter Umständen würde ich die PV-Zellen aufheizen statt zu kühlen. Das wäre natürlich blöd, ist aber bei heutigen abgestimmten Systemen kein Thema mehr.

Aber! Und auch das kann man im Hinterkopf behalten – diesen Effekt kann man z. B. im Winter nutzen, wenn die Module mit Eis oder Schnee bedeckt sind, denn der moderate Rücklauf würde Module von Eis und Schnee befreien, ohne dass man im wahrsten Sinne des Wortes Hand anlegen müsste.

Sowie die Module frei sind, erzeugen sie wie gehabt z. B. 24 % Strom. Und die übrigen 75 % Wärme nehme ich dann, um z. B. in einem Restaurant in den Alpen das Spülwasser vorzuheizen – und die WP macht dann mit dem PV-Strom den Rest.

Wie gesagt, PVT dümpelte eine ganze Weile vor sich her und war höchstens für Enthusiasten mit DIY-Fähigkeiten und natürlich die Wissenschaft interessant. Das hat sich geändert. Heimlich, still und leise hat die PVT in den letzten Jahren, initiiert durch die Energiekrise, wenn wir an Gas aus Russland denken und an die daraus resultierenden steigenden Gaspreise und den Drang nach Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen, ein Revival erlebt und ist in der Industrie angekommen.

Und wie kann es anders sein, hat man sich zuerst in China von dem DIY-Image gelöst und fertigt dort mittlerweile industriemäßig diese Produkte bzw. Systeme.

Und SYSTEME ist auch gleich das Stichwort. Denn ein PVT-System spielt besonders dann seine Stärken aus, wenn es in das komplette Konzept des Wärme- und Strommanagements z. B. eines Einfamilienhauses, einer Schwimmhalle oder einer Nahwärme-Stromversorgung einer Siedlung eingebunden wird.

Warum? Weil erst in der Kombination mit einem cleveren Energiemanagementsystem, einer passenden Wärmepumpe und idealerweise Wärme- und Energiespeichern die PVT ihr volles Potenzial entfaltet. Es kommt einem sofort ein Orchester in den Sinn. Ein PVT-Modul allein klingt wie ein Cello-Solo – ganz nett, aber nicht abendfüllend. Mit Wärmepumpe, Speicher und cleverem Energiemanagementsystem wird es dann aber ein Konzert. Und zwar ein ziemlich nachhaltiges.

Ein Blick über den Tellerrand sei mir an dieser Stelle erlaubt: Indoor-Farming und Energieversorgung! In dem Zusammenhang wird es richtig spannend. Diese Anwendung scheint geradezu für PVT erfunden worden zu sein. Hier wieder Hinweis in den Shownotes zu einem Film zu genau diesem Thema.

Aber es gibt noch viele weitere Anwendungen, die für diese Kombination bzw. für das System interessant sind, und ich bin weit davon entfernt, die alle zu kennen. Was wäre z. B. mit Balkon-Solaranlagen mit PVT oder im Van-Life-Bereich oder was weiß ich … Daher würde ich mich freuen, wenn ihr entsprechende Ideen, wo man das noch nutzen könnte, mir hier reinwerft.

Und wer weiß, vielleicht können wir gemeinsam solche Ideen evaluieren und zur Anwendungsreife bringen?

Meinen Kontakt findet ihr hier: https://woell-consulting.eu

Insbesondere größere landwirtschaftliche Anwendungen würden mich persönlich sehr interessieren. Evtl. sogar in Kombination mit Agrivoltaik um den Kreis wieder zu schließen.

In aller Kürze: Wo liegen die Vorteile der PVT-Technologie?
• Platzersparnis
Eine Dachfläche, zwei Nutzen: Strom + Wärme. Gerade bei kleinen Dächern ein echter Vorteil.
Das Argument der „Flächenkonkurrenz“ ist somit ausgeräumt.

• Optik
Die PVT-Module tragen nicht stärker auf als reine PV-Module und sind fast nicht von denen zu unterscheiden.

• Erhöhte PV-Leistung durch Kühlung:
Da die thermische Komponente, die PV-Modulfläche kühlt, bleiben diese effizienter.

Im Mittleren Osten hat man bereits vor einigen Jahren wissenschaftlich den Nutzen belegt – dort kann durch aktive Kühlung der PV-Module ein Mehrertrag von ca. 10 % herausgeholt werden.

Es gibt mittlerweile weitere wissenschaftliche Artikel, die sich mit der Effizienzsteigerung von PVT-Systemen befassen. 

Auch das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE veröffentlicht regelmäßig Studien und Berichte zu diesem Thema. 

• Systemintegration:
PVT funktioniert nicht als Insellösung, sondern im System mit entsprechend abgestimmten Komponenten.

Kombiniert mit einem Wärmepumpensystem und intelligentem Speicher wird daraus ein echtes Effizienzpaket.

Wo liegen die Herausforderungen?
• Technische Komplexität:
PVT ist anspruchsvoller in der Planung und Ausführung als reine PV- oder Solarthermieanlagen.

Das Management zwischen Strom/Wärme-Verbrauch, -Speicherung, -Erzeugung ist nicht trivial. Es gibt bereits Managementlösungen von Haier, die Voraussagen bezüglich Erzeugung und Verbrauch per AI machen.

Im Film SNEC RECAP erklärt Haier seine Lösung.

Die Fachwelt – also Installateure, Fachplaner, Energieberater usw. – wird sich mit diesem Thema befassen müssen.

Und wenn mir die ketzerische Bemerkung erlaubt sei: Eine Herausforderung wird auch sein, alte Zöpfe in der Branche abzuschneiden.

• Kosten
Ja, PVT ist in der Anschaffung preiswerter als eine Thermie- + PV-Anlage einzeln.

Aber ja, der Investitionsaufwand ist anfänglich natürlich höher, wenn man das eine ODER das andere installiert.

Dennoch ist die Amortisation überschaubar und je nach Anwendung – z. B. im Industriebereich – schneller erreicht als diskrete Systeme.

• Förderungen:
In der Schweiz gibt es bereits entsprechende Zuschüsse. In DE noch nicht, aber wir bei der DGS arbeiten daran.

Ich bin mir ziemlich sicher, PVT wird in den nächsten Jahren seinen festen Platz in der Energie- und Wärmewende bekommen – nicht nur in China, auch in Europa.

Eigentlich ist das auch kein Blick in die Glaskugel, denn in China sind gerade PVT-Großanlagen in der Pipeline.

Die Verbindung intelligenter Systeme und Speicher (Strom und Wärme) mit neuen Konzepten, wie z. B. dem genannten Indoor-Farming, eröffnet uns völlig neue Möglichkeiten. Dies eröffnet neue Märkte und Einnahmemöglichkeiten für die Fachleute da draußen. Wir können damit Energie und Lebensmittel lokal, nachhaltig und effizient produzieren. Vielleicht ernten wir morgen nicht nur Strom und Wärme vom Dach, sondern auch den Salat für den Teller direkt darunter bzw. nebenan.

Und was das Wichtigste ist: Wir haben ein weiteres Tool an die Hand bekommen, mit dem wir aktiv die Klimakatastrophe abwenden können – wenn wir denn wollen.

Soweit zu meinem Vortrag zu dem Thema PVT.

Ich hoffe, ich konnte Ihnen heute einen spannenden Einblick geben in diese oft unterschätzte, aber umso wichtigere Technologie.

Und, ein bisschen Werbung muss erlaubt sein: Woell-Consulting arbeitet mit Partnern in Deutschland und China zusammen. Auch das findet ihr in den Shownotes. Unsere 30 Jahre Erfahrung und unser Netzwerk ermöglichen es uns, Projekte in diesem Bereich zu realisieren.

Wenn ihr also Interesse an einer Zusammenarbeit habt oder einfach nur Ideen – auch wenn diese vielleicht noch nicht zu Ende gedacht sind – dann meldet euch bei mir und meinem Team, und wer weiß … Vielleicht wird ja etwas Großes daraus.

Noch ganz kurz was zu diesem Kanal: Umlauts Are Overestimated versteht sich als eine Art offener Kanal für die Energiewende. Wer an einem unserer Kolloquien teilnehmen, in ein Interview treten oder einen Einzelvortrag wie diesen hier halten möchte, melde sich bitte bei dem Host des Podcasts, und das Team wird dann alles weiter klären.

So weit, und das wäre es für heute, und immer dran denken, auch wenn andere etwas anderes behaupten: Die Sonne schickt keine Rechnung!

Euer Andreas.