Thüringer Forscher entwickelten ein Kombimodul, das Montagekosten spart und gleichzeitig effektiver arbeitet.

Die Sonne ist eine schier unerschöpfliche Energiequelle. "Wissenschaftler haben berechnet, dass die auf die Erde einstrahlende Sonnenenergie etwa das Zehntausendfache des derzeitigen Weltenergieverbrauchs decken könnte. Doch leider sieht die Realität anders aus: Der Anteil der Sonne zur Deckung des Wärme- und Stromverbrauchs liegt noch unter einem Prozent", sagt der Solarenergieexperte Uwe Vincenz vom Institut für angewandte Technik (IAT) im thüringischen Altenburg. Der Maschinenbauingenieur und sein Team machten sich auf, die bestehende Technik zu verbessern - und integrierten die Fotovoltaik (Stromerzeugung) und Solarthermie (Wärme) in einem Kollektor.

Bislang gab es nur die Möglichkeit, mit unterschiedlichen Kollektoren entweder Wärme oder Strom zu erzeugen. Doch die Sonne bietet zwei verschiedene Lichtspektren zur Energiegewinnung: Die Fotovoltaik bedient sich aus dem sichtbaren Sonnenlicht. Die Solarthermie wandelt das Infrarotspektrum in Wärme für Heizung und Brauchwasser um. Die Neuentwicklung der Ingenieure ist als weltweit einziger Kollektor in der Lage, beide Formen des Sonnenlichtes zu nutzen. Mit ihr kann ein Hausbesitzer sowohl Strom als auch Wärme aus Sonnenstrahlen gewinnen. Dadurch wird er wesentlich unabhängiger, als wenn er nur ein System auf dem Dach installiert hätte.

Doch der eigentliche Clou des Hybridsystems ist seine Kühlung: Die Fotovoltaikzellen werden normalerweise durch die Sonne auf mehr als 100 Grad aufgeheizt. Ihre optimale Leistung bringen sie aber bei etwa 25 Grad, von dort an verlieren sie an Effizienz, je wärmer sie werden. Die Solarhybrid-Technologie stoppt die Aufheizung bei etwa 60 Grad, indem das Wasser aus dem unter den Zellen gelagerten solarthermischen Kreislauf die Wärme aus dem Kollektor abführt, also als Kühlung fungiert. "Das macht sich auch finanziell bemerkbar", weiß Vincenz. Denn nach dem Einspeisegesetz bekommen Solaranlagenbesitzer eine in etwa kostendeckende Vergütung für den Strom, den sie ins Netz einspeisen. Mit dem Hybridsystem kann der Anlagenbetreiber je nach Sonneneinstrahlung bis zu 30 Prozent mehr Strom produzieren und damit mehr Geld verdienen als bei herkömmlichen fotovoltaischen Anlagen.

Ein weiterer Vorteil: Der Hybridkollektor braucht durch die Vereinigung der beiden Energiegewinnungsmethoden viel weniger Montageleistung und weniger Fläche, als wenn man beide Systeme auf dem Dach nebeneinander installieren würde. "Die natürliche Zielgruppe für solche solarenergetischen Systeme sind dezentrale Nutzer, also zum Beispiel Einfamilienhäuser. Die Anwendung ist aber auch für größere Einheiten wie Mehrfamilienhäuser, Schwimmbäder oder Hotels denkbar. Am effektivsten arbeiten die Kollektoren, wenn wie bei einer Schwimmbadheizung oder in Hotels und Krankenhäusern ständig warmes Wasser über den Tag gebraucht wird", sagt Dr. Peter Albring, Hauptbereichsleiter im Institut für Luft- und Kältetechnik (ILK) in Dresden.

Trotz des technischen Fortschritts hat die Solarenergienutzung hierzulande noch einen großen Nachteil: Im Winter gibt es zu wenig Sonne, im Sommer wird durch die deutlich höhere Sonneneinstrahlung fast immer zu viel Energie produziert. Noch immer fehlt es an geeigneten Speichermedien, um die überschüssige Sonnenenergie des Sommers bis zum kommenden Winter einzulagern.

Die Erfinder des IAT haben sich daran gemacht, die überschüssige Energie wenigstens zu verwerten. Sie entwickelten einen Thermogenerator, der die Wärmeenergie der Solarthermie in elektrische Energie umwandeln kann. Der in den solarthermischen Kreislauf integrierte Generator basiert auf einem schon in der russischen Raumfahrt verwendeten System. Dabei werden sogenannte kristalline Seebeck-Elemente mit dem unterschiedlich warmen Wasser des Solarthermiekreislaufes durchströmt: mit dem erwärmten Wasser und dem kalten Rücklaufwasser. "Durch die Temperaturdifferenz an den beiden Enden der Seebeck-Elemente bilden sich Thermodiffusionsströme, die eine elektrische Spannung erzeugen", erklärt Vincenz. Der so produzierte Strom kann entweder genutzt oder ins Netz eingespeist und verkauft werden.

Allerdings steckt diese Technik noch in den Kinderschuhen. Bis jetzt hat der Thermogenerator einen Wirkungsgrad von knapp über vier Prozent. Trotzdem ist Albring optimistisch: "In unserem Land gibt es ein großes Potenzial zum Energiesparen durch die Nutzung von Abwärme, die bisher ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Deswegen ist die Stromerzeugung mit einem Thermogenerator sehr interessant und lohnt, wissenschaftlich-technisch weiterverfolgt zu werden."

Das neue Hybridsystem hat auch den Geschäftsführer der Solarhybrid AG, Tom Schröder, überzeugt. Er hat den Thüringer Tüftlern die Patente anteilsmäßig abgekauft und lässt die Elemente der Anlage jetzt industriell fertigen. In einer Fabrik in Markranstädt bei Leipzig werden die Hybridkollektoren schon serienmäßig hergestellt. Demnächst sollen hier 120 000 Hybridkollektoren pro Jahr produziert werden.

Tom Schröder ist optimistisch: "Schon jetzt müssen die Verbraucher im Schnitt 16 Prozent mehr für ihren Energieverbrauch ausgeben als noch vor fünf Jahren. Wenn man ganz konservativ annimmt, dass die Energiepreise in den nächsten zehn Jahren um nur acht Prozent im Jahr ansteigen werden, hat sich die Solarhybridanlage für ein Einfamilienhaus schon nach zehn Jahren amortisiert."

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