Bei PVT-Anlagen handelt es um eine Kombination aus Solarthermie- und Photovoltaikanlage, vereint in Flachkollektoren, die rein optisch kaum von herkömmlichen PV-Modulen zu unterscheiden sind. Auf ihrer Oberfläche erzeugen die Paneele mittels Solarzellen Strom, darunter wird über einen Wärmetauscher die Wärme aus der Luft an eine Soleflüssigkeit übergeben.
Beides lässt sich für die Wärmepumpen nutzen: der Strom für den Betrieb der Wärmepumpe und die Wärme als Wärmequelle. Grundsätzlich ist die Wärmequelle weiterhin Luft, die Wärme wird jedoch ohne den Einsatz eines herkömmlichen Luft-Wärmetauschers mit Ventilator übertragen, sondern über den freien Austausch mit der Außenluft. Die größere Kontaktfläche des PVT-Kollektors mit der Luft macht eine Wärmeübertragung ohne Ventilator möglich. Als Gerät wird eine Sole-Wärmepumpe genutzt, die nicht wie bei konventionellen Anlagen mit den Erdsondern verbunden ist, sondern mit den PVT-Modulen.
Potenziale
Gegenüber einer konventionellen Luft-Wasser-Wärmepumpe hängt die Effizienz einer Wärmepumpe, die PVT-Module als Wärmeübertragung nutzt, von der Fläche der PVT-Anlage ab. Je größer die Fläche, desto höher ist die Temperatur der Sole-Flüssigkeit und damit die Effizienz der Anlage. Der erzeugte Strom der PVT-Anlage kann wie bei normalen Photovoltaikanlagen auch für Haushalt, Batteriespeicher, Elektroauto oder zur Einspeisung genutzt werden.
Abgesehen von der Doppelnutzung gibt es weitere Vorteile: Je nach Bauart ist insbesondere im Sommer durch die Kühlung der Photovoltaik-Zellen der Wirkungsgrad besser. Von Vorteil ist auch die Abtaufunktion zur besseren Nutzung der Wintersonne. Durch die Möglichkeit der kurzzeitigen Wärmezufuhr aus dem Wärmespeicher kann die Solarzelle auf der Vorderseite bei Bedarf schnell von Schnee und Eis befreit werden.
Anforderungen
PVT-Kollektoren als Wärmequelle stellen besondere Anforderungen an Wärmepumpen. Diese müssen in der Lage sein, die teils stark schwankenden Temperaturen der Kollektoren effizient und ohne Störung zu verarbeiten, da die Wärmeabgabe der Kollektoren je nach Sonnenstrahlung variiert. So kann die Sole in den Sommermonaten aus PVT-Kollektoren auf bis zu 70 °C ansteigen, während sie in kalten Winternächten unter die Außentemperatur sinkt und mit Minusgraden vom Dach kommt. Bisher sind Sole/Wasser-Wärmepumpen auf geothermische Wärmequellen ausgerichtet, deren Temperatur über das Jahr nur zwischen -5 °C bei Erdkörben und +0°C bei Erdsonden bis 25 °C schwankt. Ein weit gefasster Bereich der Eintrittstemperatur der Wärmequelle für die Wärmepumpe ist daher das entscheidende Kriterium für eine PVT-ready Wärmepumpe. Hierbei ist sowohl die Minimaltemperatur wichtig, die die Wärmepumpe nutzen kann als auch die Maximaltemperatur. Ist die Wärmepumpe für die hohen Temperaturen nicht ausgelegt, die im Sommer auftreten, ist ein Mischer erforderlich, um die Eintrittstemperatur in die Wärmepumpe zu reduzieren.
PVT-Wärmepumpen können entweder als alleinige Wärmequelle dienen, wenn die Dachfläche ausreichend groß ist und der Energiebedarf des Gebäudes nicht zu hoch ist oder sie können als Kombination mit Erdsonden betrieben werden. Bei dieser Variante ergänzen sich die Vorteile beider Systeme. Im Winter bei geringen Außentemperaturen kann die Erdsonde eine gleichmäßig hohe Temperatur liefern und in der Übergangszeit mit viel Sonneneinstrahlung kann das PVT-Modul Wärme liefern, dass durch die Sonneneinstrahlung die Effizienz nochmal erhöht. Im Sommer können die PVT-Module zur Regeneration des Erdreichs verwendet werden und damit im Winter für höhere Erdreichtemperaturen sorgen und die Effizienz erhöhen.
Überblick zu PVT-ready Wärmepumpen-Modellen
Im Folgenden werden die Anforderungen an PVT-ready Wärmepumpenmodelle näher erläutert und Modellbeispiele genannt, welche die genannten Anforderungen erfüllen.
Die Listung von Wärmepumpenmodellen, die die jeweilige Anforderung erfüllen, dient ausschließlich der Information über aktuell am Markt verfügbare Produkte. Die Auflistung ist alphabetisch sortiert, hat keinen Anspruch auf Vollständigkeit und es erfolgt ausdrücklich keine Bewertung der Produkte.
Die Wärmepumpe muss mit hohen Temperaturschwankungen umgehen können (je nach Standort und Ausrichtung -20 °C bis 70 °C). Die Maximaltemperatur der Eintrittstemperatur kann auch geringer sein, wenn ein Mischer verbaut wird und dieser von der Wärmepumpe angesteuert werden kann (teilweise nutzen Hersteller hier spezielle Zwischenkreise, die anstatt des Mischers zum Einsatz kommen).
Folgende Modelle sind PVT-ready und haben einen geeigneten Temperaturbereich:
5029 Ai (Waterkotte GmbH): -15 bis +20 °C
Alpha innotec – WZSV 63H(K)1/3M (ait-deutschland GmbH): -13 bis +30 °C
BHPA412 (M-TEC GmbH): -15 bis +40 °C
Eco Geo Pro 2-10 (enrgi GmbH): -25 bis +35 °C
PVT-Wärmepumpe 5.0 (Triple Solar): -20 bis +70 °C
PVT-Wärmepumpe 10s (Triple Solar): -20 bis +25 °C
S1156 / S1256 (Nibe Systemtechnik GmbH): -9 bis +35 °C
Solerpac (Heliopac): -5 bis +50 °C (kurzzeitig bis +70 °C)
SWM pro 2-13 (Heim AG Heizsysteme): -20 bis +22 °C
WP Max-LoQ F27 (Ratiotherm GmbH & Co. KG): -15 bis +55 °C (kurzzeitig bis +70 °C)
WP Max-LoQ pF10 (Ratiotherm GmbH & Co. KG): -15 bis +55 °C (kurzzeitig bis +70 °C)
Die thermische Leistung muss in der Planung auf den Gebäudebedarf abgestimmt sein. Aufgrund der geringen Auswahl an Modellen muss das bei der Auswahl besonders beachtet werden.
Folgend sind die einige beispielhafte Modelle aufgezeigt, die PVT-ready sind:
Um sehr hohe Temperaturen im Sommer zu verhindern, kann ein Mischer eingesetzt werden. Dieser sollte von der Wärmepumpe direkt angesteuert werden können, wenn die Wärmepumpe nicht mit hohen Eintrittstemperaturen umgehen kann. In Einzelfällen nutzen Hersteller auch interne Zwischenkreise die einen Mischer ersetzen können.
Im Folgenden sind einige Modelle mit Mischer oder Zwischenkreis aufgelistet:
Mischer ansteuerbar:
BHPA412 (M-TEC GmbH)
PVT-Wärmepumpe 10s (Triple Solar)
S1156 / S1256 (Nibe Systemtechnik GmbH)
SWM pro 2-13 (Heim AG Heizsysteme)
Mischer nicht erforderlich, da Zwischenkreis vorhanden:
PVT-Wärmepumpe 5.0 (Triple Solar)
Solerpac (Heliopac)
WP Max-LoQ F27 (Ratiotherm GmbH & Co. KG)
WP Max-LoQ pF10 (Ratiotherm GmbH & Co. KG)
Bei Anlagen mit PVT und Erdsonden ist ein Anschluss mehrerer Wärmequellen an die Wärmepumpe notwendig und die Wärmepumpe muss über ein Quellenmanagement verfügen, dass die jeweils zur Einsatzgrenze passende Quelle auswählt und die Regeneration steuert. Wichtig dabei ist einerseits, ob ein Anschluss bereitsteht und ob die Regelung die PVT-Module als zweite Wärmequelle ansteuern kann, sowie ob die Wärmepumpenregelung eine Erdsonde zur Regeneration mit den PVT-Modulen ansteuern kann.
Im Folgenden sind einige Modelle aufgelistet, die PVT-ready sind und mehrere Wärmequellen nutzen können:
5029 Ai (Waterkotte GmbH)
BHPA412 (M-TEC GmbH)
Eco Geo Pro 2-10 (enrgi GmbH)
PVT-Wärmepumpe 10s (Triple Solar)
Solerpac (Heliopac)
PVT-Kollektoren können bei geringen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit vereisen. Dafür kann es sinnvoll sein, dass die Kollektoren mit warmem Wasser zur Enteisung durchströmt werden. Bei Schneebedeckung kann das Enteisen zusätzlich dabei helfen, mehr Sonneneinstrahlung zur Stromerzeugung zu nutzen.
Bei den folgenden Modellen ist eine Enteisung möglich:
BHPA412 (M-TEC GmbH)
Eco Geo Pro 2-10 (enrgi GmbH)
PVT-Wärmepumpe 5.0 (Triple Solar)
PVT-Wärmepumpe 10s (Triple Solar)
S1156 / S1256 (Nibe Systemtechnik GmbH)
WP Max-LoQ F27 (Ratiotherm GmbH & Co. KG)
WP Max-LoQ pF10 (Ratiotherm GmbH & Co. KG)
Die bevorzugte Nutzung des PV-Stroms kann für die Erhöhung des Eigenverbrauchs und der Autarkie nützlich sein. Eine abgestimmte Regelung ist hierbei notwendig.
Folgende Modelle können eine solche Regelung vorweisen:
5029 Ai (Waterkotte GmbH)
BHPA412 (M-TEC GmbH)
Eco Geo Pro 2-10 (enrgi GmbH)
PVT-Wärmepumpe 5.0 (Triple Solar)
PVT-Wärmepumpe 10s (Triple Solar)
S1156 / S1256 (Nibe Systemtechnik GmbH)
SWM pro 2-13 (Heim AG Heizsysteme)
WP Max-LoQ F27 (Ratiotherm GmbH & Co. KG)
WP Max-LoQ pF10 (Ratiotherm GmbH & Co. KG)
Forschungsprojekt IntegraTE
Das Forschungsprojekt IntegraTE hat sich ausführlich mit PVT-Wärmepumpensystemen beschäftigt und stellt einen Rechner bereit und gibt Hinweise für die richtige Planung. Außerdem sind auf der Webseite Best Practice dargestellt.
Das Vergleichstool ermöglicht Endkunden und Betreibern von Ein- und Mehrfamilienhäusern eine erste Einschätzung verschiedener Wärmepumpensysteme in der frühen Planungsphase.
Praxishilfen
PVT-Kollektoren und Wärmepumpe – Eine der vielen Möglichkeiten zum Heizen in der Zukunft
PVT-Kollektoren versorgen eine Wärmepumpe nicht nur mit CO2-neutralem Strom, sondern dienen auch als Wärmequelle. Diese Dual-Funktion ermöglicht es, die Wärmepumpe effizienter zu betreiben.
ARGE SOLAR e.V.
Wärmepumpen benötigen für ihren effizienten Betrieb eine erneuerbare Wärmequelle. Vielfach bekannt sind hierfür Luft, Grundwasser und Erdreich. Jedoch gibt es noch weitere Möglichkeiten, die künftig an Bedeutung gewinnen werden.
Eine Photovoltaikanlage ist eine elektrische Anlage zur klimafreundlichen Stromerzeugung aus Sonnenenergie. PV-Anlagen werden bei Gebäuden überwiegend auf Dächern installiert und bestehen im Regelfall aus mehreren Modulen.
Die Effizienz einer Wärmepumpenanlage ist von vielen Einflüssen abhängig, wie Temperaturen der Wärmequelle und Vorlauftemperatur. Allerdings gibt es auch bei den Geräten selbst Effizienzunterschiede, die sich auf die Heizkosten auswirken können.
Die Dimensionierung entscheidet über Effizienz und Langlebigkeit der Wärmepumpe. Durch falsche Dimensionierung können höhere Kosten entstehen und der Betrieb negativ beeinflusst werden. Grundlage ist die richtige Ermittlung der benötigten Heizleistung.
