Immer wieder wird diskutiert, was denn besser und effizienter sei, Photovoltaik(-wärme) oder Solarthermie. Für my-PV ist die Antwort eindeutig: Mit 90 % geringerem Kupferverbrauch als bei thermischen Solaranlagen und einer deutlichen Preisreduktion in den letzten Jahren hat die Photovoltaikwärme der Solarthermie technisch und ökonomisch längst den Rang abgelaufen. Dabei sind das nur zwei der vielen Punkten, die für Photovoltaik sprechen. Hier ein erster Überblick:
Seit 2015 erstellt my-PV Preisvergleiche für Wärme durch Photovoltaik bzw. Solarthermie. Hierfür vergleicht das Unternehmen stets ein aktuelles Photovoltaikmodul mit einem handelsüblichen Solarthermie-Flachkollektor. Anhand der Grafik ist ersichtlich, wie die Preisentwicklung in den letzten Jahren war: Der Preis für den Solarthermie-Flachkollektor ist zwischen 2015 und 2020 praktisch unverändert. Grund dafür sind Rohstoffe wie Kupfer und Aluminium, die nach wie vor in großen Mengen bei der Herstellung verwendet werden.
Dagegen hat sich bis 2020 ein wahrer Preissturz bei der Photovoltaik ergeben, mit einer Preisreduktion von rund 65 % pro Watt Peak der Module. Im Jahr 2022 hat sich dieser Trend gewandelt: Aufgrund der schwierigen politischen und wirtschaftlichen Lage sind die Preise sowohl für Sonnenkollektoren als auch für Photovoltaikmodule wieder angestiegen – beide Technologien nahezu im selben Ausmaß. Daneben sind auch die Kosten für Handwerker gestiegen, wenn man überhaupt welche mit freien Kapazitäten fand. Die Installationskosten (abgesehen vom Handwerker) und der Wartungsaufwand bei Verwendung von Photovoltaik (PV) bleiben – im Vergleich zur Solarthermie – jedoch verschwindend niedrig. Es entfallen Rohrleitungen, Pumpen, Ventile, Ausdehnungsgefäße und Frostschutzmittel.
Im Jahr 2023 setzten die Preise für Photovoltaik ihren ursprünglichen Trend aber wieder fort – und das schneller als vor 2022, während sich der Preis für Solarthermie noch im Aufwärtstrend befindet. Ausgehend von 2015 bedeutet das wieder eine Kostenreduktion von 65 % – ausgelöst durch Preisverfall und Leistungssteigerung.
Im Vergleich zur Solarthermie bietet die Photovoltaik zur Warmwasserbereitung auch enormes Einsparungspotenzial bei den Ressourcen. Allein bei den Leitungen, die für die Energieübertragung vom Dach zum Warmwasserspeicher notwendig werden, bietet die Photovoltaikwärme Einsparungen von über 90 % beim Verbrauch von Kupfer.
Ein Rechenbeispiel hierfür: Zieht man ein standardmäßig 2,25 mm dünnes Elektrokabel (Durchmesser ohne Isolierung) heran und vergleicht das mit einem Kupferrohr mit 16 mm Innendurchmesser, dann ist die Querschnittsfläche beim Kabel bei 4 mm², beim Rohr bei 53 mm². Der Verbrauch von Kupfer für die Leitungen ist bei Photovoltaikwärme im direkten Vergleich somit um 93 % geringer als bei der Solarthermie.
Sowohl bei der Photovoltaik als auch bei der Solarthermie wird aus Sonneneinstrahlung Energie gewonnen. Es gibt jedoch einen klaren Unterschied: Photovoltaikanlagen produzieren Strom, Solarthermieanlagen produzieren Wärme. Bei der Photovoltaik werden für die Stromerzeugung Solarzellen, die in Modulen zusammengefasst sind, genutzt. Die Solarthermie hingegen nutzt zur Wärmeerzeugung Kollektoren.
Die Frage, die sich hier stellt, ist: Brauchen wir Strom oder Wärme – oder beides? Der bei der Photovoltaik entstehende Gleichstrom wird durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt. Dieser kann auf vielfältige Weise im Haushalt genutzt werden – auch zur Wärmegewinnung. Photovoltaikstrom wird dabei entweder sofort verbraucht, zu einem Batteriespeicher geleitet, ins Stromnetz eingespeist oder eben auch für die Aufbereitung von Wärme genutzt.
Diese vielfältige Nutzung der Wärme aus der Solarthermie ist nicht möglich. Energie aus Sonnenkollektoren kann „nur“ für Wärmezwecke bei Heizsystemen oder zur Warmwasserbereitung genutzt werden.
Sonnenkollektoren wandeln theoretisch maximal 80 % der Sonnenenergie in Wärme um, jedoch geht einiges dieser Energie bei der anschließenden Zirkulation des erwärmten Wassers wieder verloren. Daher geht man bei der Solarthermie von einem effektiven Systemwirkungsgrad von etwa 50 % aus. Kristalline Photovoltaikmodule wandeln etwa 20 % der Sonnenenergie in Strom um, die Verluste sind hingegen minimal. Die 20 % werden daher gerne als Gesamtwirkungsgrad von Photovoltaikanlagen herangezogen.
Wirklich relevant ist dieser reine Zahlenvergleich der Wirkungsgrade jedoch nicht. Zum einen ist die Energiequelle sowieso kostenlos, zum anderen haben wir auf unseren Dächern so gut wie immer ausreichend Fläche zur Verfügung, um den Unterschied leicht zu kompensieren!
Auch der direkte Flächenvergleich ist interessant: Wie sich bei gleichem Warmwasser-Deckungsgrad das Verhältnis der erforderlichen Photovoltaikmodulfläche zur Solarthermie-Kollektorfläche über die Jahre entwickelte, hat my-PV anhand einer dynamischen Vergleichssimulation mit der Software Polysun analysiert. Die Gleichstromlösung ELWA, ein autarker Heizstab für Wärme aus Photovoltaikstrom, wird dabei einem solarthermischen Flachkollektorsystem mit 6 m² gegenübergestellt. Beide Technologien bringen die Solarenergie in einen 400 l-Warmwasserboiler ein, die Warmwasserentnahme und die Nachheizung sind für die objektive Vergleichbarkeit absolut identisch im Simulationsprogramm abgebildet.
Um dabei den Trend der immer besser werdenden Modul-Wirkungsgrade darzustellen, wurden für die Betrachtungsjahre jeweils zeitgemäße Modultypen in der Simulation eingestellt. Während im Jahr 2015 der Standard noch bei einer Modulleistung von 250 Wp auf einer Fläche von 1,65 m² lag, liegt er im Jahr 2023 bereits bei 400 Wp auf einer Fläche von 1,92 m². Das entspricht 2023 umgerechnet einer Leistung von ca. 200 Wp pro Quadratmeter, während es 2015 gerade mal 150 Wp pro Quadratmeter waren.
Anstelle von acht Modulen mit insgesamt 13,2 m² Fläche im Jahr 2015, sind es 2023 also nur noch fünf Module mit 9,6 m² Gesamtfläche, die nötig sind, um den gleichen solaren Warmwasser-Deckungsgrad wie ein solarthermisches System mit 6 m² Flachkollektor zu gewährleisten.
Der Faktor des Flächenbedarfs ist der einzige noch verbliebene technische Vorteil, den die Solarthermie gegenüber der Photovoltaikwärme heute noch aufweist. Doch schon vor acht Jahren war dieses Argument nicht mehr von praktischer Relevanz, denn wer ein Eigenheim besitzt, der hat so gut wie immer mehr als genug Dachfläche zur Verfügung, um auch ein PV-Wärmesystem zu installieren.
Abgesehen von diesem Faktum ist die Liste der technischen Vorteile der solarelektrischen Wärmeerzeugung gegenüber der althergebrachten rohrgebundenen Technik lange. Auf der my-PV Webseite ist eine kurze Auflistung jederzeit einsehbar.
Neben der bemerkenswerten Kurve bei den Kosten und beim Flächenfaktor ist die Fülle an technischen Vorteilen der photovoltaischen Wärmeerzeugung bekanntermaßen groß. Aufwändige Rohrsysteme werden damit durch dünne Kabel ersetzt. Im Vergleich zur Solarthermie ist dadurch auch eine weitaus einfachere und nahezu verlustlose Energieübertragung möglich.
Dr. Gerhard Rimpler, Geschäftsführer von my-PV: „Durch meine langjährige Tätigkeit im Bereich der Solarthermie wurden mir früh die Grenzen und Nachteile dieser Technologie bewusst. Bis heute ist eine signifikante Kostenreduktion ausgeblieben. Im Gegensatz dazu ist Photovoltaik seit Jahren ein preiswertes Produkt für den Massenmarkt.“
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