Der Wert von 80 % ist real, aber ein kombinierter Spitzenwert, kein Jahreswert: grob 15–22 % elektrisch plus 55–60 % thermisch, gemessen bei niedriger Fluidtemperatur und voller Sonne. Der jährliche kombinierte Nutzungsgrad einer PVT-Anlage im Haushalt liegt eher bei 45–60 %. Bezogen allein auf die Sonneneinstrahlung kann ein unverglastes Modul sogar über 100 % liegen, weil Umgebungswärme hinzukommt.
Woher kommt die Zahl von 80 %?
Sie entsteht durch die Addition zweier Wirkungsgrade, die unterschiedlich gemessen werden. Der elektrische Wirkungsgrad eines PVT-Moduls unter Standard-Testbedingungen beträgt bei aktuellen kristallinen Modulen 15–22 %. Sein thermischer Konversionsfaktor (η0, Wirkungsgrad ohne Wärmeverluste) – der Achsenabschnitt der Kollektorkennlinie, gemessen nach ISO 9806 bei einer Flüssigkeit mit Umgebungstemperatur – liegt bei einem unverglasten Modul typischerweise bei 0,55–0,60. Addiert man beide, kommt man auf Werte knapp unter oder knapp über 80 %.
Die Rechnung ist legitim. Irreführend wird die Aussage erst, wenn die Bedingungen weggelassen werden. Dieser Achsenabschnitt gilt bei null Temperaturdifferenz zwischen Flüssigkeit und Umgebung, bei voller Einstrahlung und ohne Windeinfluss. Liegt die Flüssigkeit 20 K über der Umgebungstemperatur, hat ein unverglastes Modul mit einem Wärmeverlustkoeffizienten nahe 12 W/m²K den größten Teil dieses thermischen Wirkungsgrads bereits wieder abgegeben.
Welchen Wirkungsgrad erreicht ein PVT-Modul über ein Jahr?
| Kennzahl | Typischer Wert | Bedingungen |
|---|---|---|
| Elektrischer Spitzenwirkungsgrad | 15 – 22 % | STC, 25 °C Zelltemperatur |
| Thermischer Konversionsfaktor η0 (unverglast) | 0,55 – 0,60 | Flüssigkeit bei Umgebungstemperatur, volle Sonne |
| Kombinierter Spitzenwirkungsgrad | 70 – 82 % | Beide obigen Werte gleichzeitig |
| Jährlicher kombinierter Nutzungsgrad | 45 – 60 % | Reale Speichertemperaturen und Lastprofil |
| Thermische Leistung gegenüber Solareinstrahlung, Quellenbetrieb | Kann 100 % übersteigen | Umgebungswärme zur Solarwärme addiert (IEA SHC Task 60) |
Die letzte Zeile wirkt am unglaubwürdigsten, ist aber am besten belegt. Arbeitet ein unverglastes Modul als Wärmepumpenquelle mit einer Flüssigkeit unterhalb der Umgebungstemperatur, sammelt es neben Sonnenlicht auch Luft- und Kondensationswärme. Bezogen auf die auf das Modul treffende Solarstrahlung kann der thermische Ertrag 100 % übersteigen – es wird keine Energie erzeugt, sie wird einem zweiten Reservoir entnommen, das in der Bezugsgröße nicht berücksichtigt wird.
Warum kann ein Hybridmodul getrennte PV und Solarthermie im Gesamtertrag schlagen?
Weil derselbe Quadratmeter zwei Aufgaben erfüllt und sich beide gegenseitig unterstützen. Silizium verliert 0,25–0,34 % der Nennleistung pro Grad, das die Zelle über 25 °C liegt – etwa −0,34 %/K bei Mono-PERC, −0,29 %/K bei TOPCon und −0,25 %/K bei HJT. Ein Modul, das auf 30 °C gekühlt wird statt bei 60 °C zu laufen, liefert daher einige Prozent mehr Strom; das ist der Mechanismus hinter Arbeiten Solarmodule besser, wenn sie gekühlt werden?
Der Preis dafür ist die Temperatur. Kühle Zellen bedeuten eine kühle Flüssigkeit, was das nutzbare Temperaturniveau begrenzt. Dieser Zielkonflikt ist das zentrale Konstruktionsproblem bei PVT, und deshalb ist der ehrliche Vergleich die gesamte nutzbare Energie pro Quadratmeter, nicht der Werbewirkungsgrad. Wo die Dachfläche der begrenzende Faktor ist, gewinnt PVT meist; wo nicht, ist PVT gegenüber getrennter PV und Solarthermie ein echter Wettbewerb.
Wie prüfe ich eine Wirkungsgradangabe im Datenblatt?
Fragen Sie nach drei Zahlen und ignorieren Sie die Werbezahl:
- η0 (Konversionsfaktor, Wirkungsgrad ohne Wärmeverluste) und ob er auf Brutto- oder Aperturfläche angegeben ist. Werte auf Bruttofläche sehen schlechter aus und sind die, die ein Solar-Keymark-Zertifikat ausweist; Angaben mit unterschiedlichen Flächenbezügen sind daher nicht vergleichbar.
- a1 und a2, die Wärmeverlustkoeffizienten, plus den Windkoeffizienten bei unverglasten Modulen. Ein hohes a1 bedeutet, dass der thermische Wirkungsgrad verfliegt, sobald sich die Flüssigkeit erwärmt.
- Den Temperaturkoeffizienten der Leistung in %/K für die elektrische Seite.
Damit können Sie die Leistung bei Ihrer tatsächlichen Arbeitstemperatur statt am Prüfpunkt berechnen. Ein Hersteller, der vollständige Kennlinien, Stillstandstemperaturen und Werte auf Bruttofläche veröffentlicht, sagt Ihnen etwas, das ein einzelner Prozentwert nicht sagen kann. Solimpeks veröffentlicht für seine PV-T Hybrid Panels auf dieser Basis nach Solar Keymark geprüfte Daten.
Ist „80 %“ also eine faire Aussage?
Mit den genannten Bedingungen ist sie fair, ohne sie unfair. Eine präzise Fassung lautet: Ein unverglastes PVT-Modul wandelt am Prüfpunkt bis zu etwa 80 % der einfallenden Solarenergie in nutzbaren Strom und Wärme auf niedrigem Temperaturniveau um, über ein reales Jahr 45–60 %, während ein gleichwertiges PV-Modul 15–22 % umwandelt und den Rest als Abwärme ungenutzt lässt.
Der zweite Satzteil ist der, der kommerziell zählt. Der Vergleich ist nicht PVT gegen ein theoretisches Ideal, sondern PVT gegen ein PV-Modul, das etwa vier Fünftel des absorbierten Sonnenlichts wegwirft. So betrachtet ist selbst ein konservativer Jahreswert von 50 % kombiniertem Nutzungsgrad ein großer Gewinn pro Quadratmeter – vorausgesetzt, es gibt einen realen, ganzjährigen Bedarf für die Wärme auf niedrigem Temperaturniveau.
Häufig gestellte Fragen
Ist ein PVT-Modul effizienter als ein PV-Modul?
In der Gesamtenergie pro Quadratmeter ja – typischerweise drei- bis fünfmal mehr, weil die thermische Leistung die elektrische weit übertrifft. Beim rein elektrischen Wirkungsgrad liegen beide nahe beieinander, wobei PVT bei heißem Wetter dank Zellkühlung leicht vorn liegt.
Wie kann der thermische Wirkungsgrad 100 % übersteigen?
Nur wenn der Wirkungsgrad allein auf die Solarstrahlung bezogen wird. Ein unverglastes Modul, das unter Umgebungstemperatur läuft, nimmt auch Wärme aus Luft, Regen und Umgebung auf, sodass die nutzbare thermische Leistung das auf das Modul treffende Sonnenlicht übersteigen kann. Die Energiebilanz bleibt dabei gewahrt.
Hat ein verglastes PVT-Modul einen höheren Wirkungsgrad?
Es hat bei erhöhten Temperaturen einen höheren thermischen Wirkungsgrad und erreicht 50–70 °C am Austritt, betreibt die Zellen aber heißer und büßt typischerweise 5–8 % des jährlichen Stromertrags ein. Wählen Sie nach der Temperatur, die die Anwendung braucht, nicht nach der Werbezahl zum Wirkungsgrad.
Welchen Wirkungsgradwert sollte ich für eine Amortisationsrechnung verwenden?
Keinen der Spitzenwerte. Verwenden Sie den Jahresertrag in kWh pro m² Strom und kWh pro m² Wärme bei Ihrer realen Speichertemperatur, entnommen der zertifizierten Leistungskennlinie. Spitzenwirkungsgrade überschätzen die Leistung einer Haushaltsanlage bei Weitem.