Solarthermie vs. Photovoltaik

Solar vs PV

Solarthermie und Photovoltaik im Vergleich. Viel wird geschrieben über die Photovoltaik; wenig über Solarthermie. Photovoltaik erzeugt Strom, Solarthermie erzeugt Wärme. Ist der Fokus auf PV gerechtfertigt oder ist er vielleicht politisch nur gewollt? Ist die PV die bessere erneuerbare Energie oder bietet die Solarthermie mehr? Wir haben uns dieser Frage zugewandt und die Effizienz der beiden Energieerzeugungsarten untersucht. Das Ergebnis ist mehr als eindeutig.


Solar vs PV

Solarthermie und Photovoltaik im Vergleich

Sowohl bei der Solarthermie als auch bei der Photovoltaik handelt es sich um ausgereifte Technologien. Photovoltaikanlagen erzeugen Strom, der zum größten Teil ins allgemeine Stromnetz eingespeist wird, wofür eine gesetzlich vorgeschriebene Einspeisevergütung gezahlt wird. Solarthermieanlagen dienen primär der Warmwasserbereitung, können aber auch zur Heizungsunterstützung beitragen.

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Ein mit Wasser gefüllter schwarzer Gartenschlauch erwärmt sich in der Sonne sehr schnell. So einfach kann man sich die Solarthermie vom Prinzip her vorstellen.

Solarthermie ist die einfachere Technik

Die Solarthermie basiert aus einem denkbar einfachen Prinzip. In einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert die so genannte Solarflüssigkeit, eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel. Auf dem Dach befinden sich Solarkollektoren, in denen diese Flüssigkeit durch die Sonne erwärmt wird. Im Keller des Hauses befindet sich ein Wärmespeicher, wobei es sich idealerweise um einen modernen und hochwertigen Schichtspeicher handeln sollte >>.

Über einen Wärmetauscher gibt die auf dem Dach erwärmte Solarflüssigkeit ihre Wärmeenergie an diesen Speicher ab. Das so erwärmte Wasser kann direkt entnommen und als Trinkwasser verwendet werden oder zum Heizen verwendet werden.

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Strom aus Sonne zu erzeugen ist deutlich komplizierter. PV-Anlagen erreichen lediglich einen Wirkungsgrad von ca. 20%, werden aber durch die Einspeisevergütung des Erneuerbare Energien Gesetzes einseitig gefördert.

Photovoltaik ist komplizierter

Kennzeichnend für die Photovoltaik ist, dass Sonnenlicht direkt – also ohne Zwischenschritte – in elektrischen Strom umgewandelt wird. Diese Technologie ist deutlich anspruchsvoller als die Solarthermie, die im Kern darauf beruht, dass alles heiß wird, was lange genug in der Sonne liegt. Herzstück einer Photovoltaikanlage sind die auf dem Dach montierten Solarmodule. Diese wandeln Licht in Strom um.

Der dazu genutzte physikalische Effekt ist der Umkehrprozess der von Leuchtdioden bekannten Umwandlung von Strom in Licht. Auf diese Weise wird Gleichstrom erzeugt, der vor seiner Nutzung in Wechselstrom umgewandelt werden muss. Dies geschieht über einen Wechselrichter, der neben den Solarmodulen die zweite zentrale Komponente einer Photovoltaikanlage bildet. Soviel zur Funktionsart der beiden unterschiedlichen Techniken. Wenden wir uns nun dem Wirkungsgrad zu.

Wirkungsgrad der Solarthermie bei 90%

Solarkollektoren haben einen deutlich höheren Wirkungsgrad als Photovoltaik Module. Moderne Kollektoren erreichen Wirkungsgrade von etwa 90 Prozent, allerdings treten in den Leitungen, in den Wärmetauschern und im Speicher weitere Verluste auf. Die Gesamtanlage erreicht so meist einen Wirkungsgrad von knapp 50 Prozent.

PV-Alagen nutzen nur einen kleinen Teil des Lichtspektrums

Verglichen damit ist der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage mit rund 20 Prozent eher bescheiden. Im Kern liegt das daran, dass das Sonnenlicht ein breites Spektrum umfasst, das von langwelliger Wärmestrahlung (infrarot) bis zu kurzwelliger ultravioletter Strahlung reicht. Jede Art von Strahlung kann in Wärme umgewandelt werden, aber Photovoltaikanlagen können nur einen kleinen Teil des Spektrums in Strom umwandeln.

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Solarkollektoren im Vergleich zu Photovoltaik Modulen. Die Wirkungsgrade der beiden Techniken sprechen eine deutliche Sprache.

Nur die Förderung macht PV rentabel

Der Vergleich der erzeugten Gesamtenergie sagt allein wenig aus. Es ist kein Zufall, dass eine Kilowattstunde Strom deutlich teurer ist als eine Kilowattstunde Heizwärme. Strom ist deutlich schwieriger zu erzeugen, auch bei der in Kraftwerken vorgenommenen Umwandlung von Wärme in Strom treten hohe Verluste auf. Wohl deswegen wird die Photovoltaik zumindest heute noch großzügiger gefördert als die Solarthermie.

Das könnte sich bald ändern, denn die Photovoltaik Förderung ist zunehmend umstritten. Aus ökologischer Sicht ist die Solarthermie der Photovoltaik deutlich überlegen, finanziell ist die Photovoltaik aufgrund der Ungleichbehandlung bei der Förderung derzeit noch rentabler und nur deshalb.

Fazit: Nur durch die staatliche Förderung wird die Photovoltaik rentabel, rein physikalisch ist ihr die Solarthermie deutlich überlegen. Bedenkt man, das bei unserer Energieversorgung rund 70% für Wärme aufgewendet werden muss (Strom macht nur 30% aus), wird die Diskrepanz zwischen Realität und politischem Willen noch größer.

Doch auch die Solarthermie wird gefördert

Jeder der sich um Modernisierungen Gedanken macht, sollte zunächst an seine Wärmeerzeugung und damit an die Solarthermie denken. Die Einspeisevergütungen des Staates werden weniger werden und schließlich ganz auslaufen. Spätestens dann und bei immer weiter steigenden Energiepreisen fossiler Energieträger wird er auf der Gewinnerseite stehen.

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Comments

  1. Hallo,
    vielen Dank für diese Gegenüberstellung. Ich bin als Elektriker eigentlich der PV verpflichtet und doch mittlerweile ein ausgesprochener ST Fan.
    Ihre Bemerkung das ST deutlich einfacher ist möchte ich noch mehr vereinfachen: Die Solarflüssigkeit muss kein Frostschutzmittel beinhalten. Die Firma Paradigma zeigt seit Jahren das sowas möglich ist und somit auch die Probleme bei Stagnation lösen.
    …und, nein, ich werde nicht von Paradigma bezahlt 😉

    Schöne Grüße
    Achim Scheidl

  2. Solarthermie hat mich Sicherheit seine Berechtigung und ich will nur ungern das eine System gegen das andere ausspielen. Wie das Dach für PV einigermaßen passen sollte, so muss auch dass vorhandene Heizsystem zu einer Solarthermiefläche am Dach passen.
    Was in den Berechnungen nicht berücksichtigt wurde:
    Photovoltaik produziert auch bei wenig Licht (wenig) Strom, d.h. es gibt Stunden und Tage, an denen die PV produziert und die Solarthermie, die die Mindesttemperatur noch nicht erreicht hat, bringt da keinen Heizbeitrag. Wenn im Sommer die Sonne die Menschen ins Freie lockt, der Pufferspeicher voll ist, der Kollektor als Dampfblase sich entleert hat, steht unendlich viel Energie an, die leider nicht genutzt werden kann. Auch die PV bringt etwas weniger Leistung, wenn es am Dach so richtig heiß ist, mögen es 20% sein, der Rest wird in Strom umgewandelt.
    Rechne ich das alles mit hinein, so ist der prozentuale Unterschied zwischen der umgewandelten Sonenstrahlen in kWh warmes Wasser oder kWh Strom aufs Jahr bezogen nicht mehr all zu groß.
    Aber wie Eingangs erwähnt, beide Systeme helfen uns, auf fossile Brennstoffe zu verzichten und haben daher ihre gute Berechtigung. Beides ist dann wirtschaftlich, wenn die restliche Struktur des Hauses passt und die richtigen Abnehmer da sind.
    Hilfreich ist es für den Besitzer, an einen Fachmann heranzukommen, der beides versteht.

  3. Danke für die gute Gegenüberstellung. Ich muss ehrlich sagen ich hab auf meinem Dach beides 😉 Ich liebe es einfach „sauberen“ Strom bzw. Wasser zu haben. Desweiteren will ich mich von den Fossilen Brennstoffen trennen und bin mittlerweile voll Autark! Ich brauchte dafür natürlich auch sehr sehr viel Fläche aber ich hab es gern gemacht da ich diese Technik liebe!. Ich wünschte wie ich würde jeder denken nur halten mich alle in meinem Freundeskreis für verrückt und halten nicht viel von der Solar Technik! Ein starkes Problem in unserer Gesellschaft!

    • Redaktion says:

      Hallo Martin, fragen Sie ihre Freunde doch einfach, was denn sonst, neben Windenergie, die Zukunft unserer Energieversorgung sein könnte, wenn nicht die Erzeugung aus der Sonne?

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