IEA SHC Task 60: Positionspapier PVT Kollektoren und Systeme (2021)

Die Dekarbonisierung des Wärmesektors ist von großer Notwendigkeit für die Energiewende und PV-thermische (PVT) Systeme könnten einen großen Teil zur Versorgung des Wärmebedarfs mit erneuerbarer Wärme beisteuern. Gleichzeitig können PVT-Systeme bei doppelter Flächennutzung die Netze entlasten und hohe Leistungen pro Flächeneinheit erreichen, die zur Nutzung von Strom, Wärme und Kühlung dienen kann. Auch als Wärmequelle für Wärmepumpen können vielfältige Anwendungsbereiche mit PVT-Systemen erschlossen werden. Außerdem kann die solarthermisch erzeugte Wärme im Vergleich zu Strom sehr kostengünstig gespeichert werden.

Status quo

Etwa 270 MW PV und 1400 MW thermisch wurden seit etwa fünf Jahren errichtet, wobei der Markt langsam wächst und eine steigende Anzahl von PVT-Kollektorherstellern qualitativ hochwertige Produkte produzieren. PVT-Kollektoren gliedern sich in unabgedeckte, abgedeckte und konzentrierende Systeme. Unabgedeckte Kollektoren werden für Warmwasserbereitung und Raumwärme in Sanierungen und Neubauten und auch in Passivhäusern eingesetzt. Der Marktanteil von unabgedeckten PVT-Kollektoren betrug 2020 etwa 80 Prozent der insgesamt installierten PVT-Systeme. Abgedeckte PVT-Kollektoren werden für Warmwasserbereitung in großen Gebäuden, Hotels und Gewerbegebäuden eingesetzt. Konzentrierende PVT-Kollektoren werden für Warmwasserbereitung und industrielle solare Prozesswärme eingesetzt.

Offene Forschungsfragen betreffen z. B. globale Teststandards und Qualitätslabel, so fehlt etwa ein globaler PVT-Teststandard für alle PVT-Kollektorarten. Förderungen für PVT-Systeme, die Adressierung von Politik und Stakeholdern in Bezug auf die Vorteile von PVT-Systemen oder Monitoring von Best-Practice-Anlagen sind weitere Themen, die adressiert werden müssen. Die Untersuchung des Kühleffektes auf die PV-Produktion, die Anwendung von PVT für solarthermische Kühlanwendungen, die Materialauswahl aufgrund von thermischen Belastungen, Systemmodellierung und Ertragsvoraussage sind weitere technologische und methodische Herausforderungen für künftige Entwicklungen.

Potenzial

Die erzielten Energiemengen abhängig von Kollektortyp, Klima und Anwendung reichen von 700 bis 2500 kWh/kW für Strom und 100 bis 700 kWh/m² für Wärme. Wenn der PVT-Markt 10% pro Jahr wächst, dann könnten 2050 40 Millionen m² verkauft werden und PVT-Kollektoren könnten mit 180 Mio. m² ein wesentliches Marktsegment des Solarthermiemarktes darstellen. Wenn Wärmepumpen und PV eingesetzt werden, wäre es sogar denkbar, dass diese Systeme aufgrund der Vorteile alle mit PVT-Kollektoren betrieben werden (keine Lärmentwicklung in dichtbesiedelten Gebieten oder wenn keine Möglichkeit von Tiefensonden gegeben ist). Da der Kühlbedarf in Zukunft zunehmen wird, werden auch hier die Vorteile der gleichzeitigen Stromerzeugung für ein Kompressionskühlgerät und die Nutzung als Wärmesenke die Wettbewerbsfähigkeit der Systeme erhöhen.

Erforderliche Maßnahmen

Die Bekanntheit der Möglichkeiten von PVT-Systemen muss in allen Bereichen, angefangen von Politik, über Architekten, Installationsbetriebe und Studenten technischer Fachrichtungen erhöht werden. Automatisierte Produktion und einfache Installation reduzieren die Kosten und faire Fördersysteme unterstützen die Anwendung. Standards und Zertifizierungen sowie Best-Practice-Systeme und KPIs basierend auf Tests und nicht nur auf Simulationen unterstützen die Implementierung der Systeme und erhöhen das Vertrauen in die Technologie.

Im Appendix des Positionspapiers wird ein Überblick über den weltweiten PVT Markt aus dem Solar Heat Worldwide Bericht Ed. 2020 zitiert sowie Grafiken zur Entwicklung des PVT-Marktes und zu solarem Heizen und Kühlen der EU28 (Marktpotenzial, Energieträger, Sektoren) dargestellt.