Solardächer, die auch heizen

Schauen Sie sich ein Sonnenkollektor an einem sonnigen Tag an und der größte Teil der Energie, die darauf fällt, tut nichts Nützliches. Die Zellen wandeln 15 bis 20% des Lichts in Strom um; 65 bis 70% davon werden zu Wärme, die das Panel erwärmt und es weniger effizient macht (IEA SHC Task 60, 2020). Ein photovoltaisch-thermischer (PVT) Kollektor setzt einen Wärmetauscher hinter die Zellen, nimmt diese Wärme in Wasser oder Luft auf und nutzt sie für Warmwasser, Raumheizung oder eine Wärmepumpe.

Die ehrliche Zusammenfassung: PVT funktioniert, wird heute verkauft und kann zwei bis drei Einheiten Wärme für jede Stromeinheit aus demselben Dach liefern, aber es zahlt sich nur dort aus, wo eine konstante Nutzung von Niedertemperaturwärme besteht, und seine gemessenen Kosten sind an den meisten Orten immer noch höher als bei separaten Paneelen und Kollektoren. Diese Seite erklärt warum, mit den Zahlen.

Was es ist

Ein PVT-Kollektor ist ein Solarmodul und ein solarthermischer Kollektor in einem Rahmen. Es gibt drei Hauptfamilien (IEA SHC Task 60, 2020):

• Unbedeckte Wasserkollektoren sehen aus wie gewöhnliche Platten mit einem flachen Wärmetauscher, der an die Rückseite geklebt ist. Sie laufen kühl, was den Zellen gut tut, und verlieren leicht an Wärme. Sie stellen 61% der installierten PVT-Wärmeleistung weltweit dar und werden am häufigsten als Wärmequelle für eine Wärmepumpe verwendet.
• Abgedeckte (verglaste) Kollektoren fügen eine zweite Glasscheibe und einen isolierenden Luftspalt vor den Zellen hinzu. Sie erreichen die 50 bis 60 °C, die für Warmwasser benötigt werden, aber das zusätzliche Glas reflektiert etwas Licht und die Zellen laufen wärmer, so dass sie weniger Strom produzieren.
• Luftkollektoren blasen Luft hinter die Paneele und nutzen sie, um ein Gebäude zu heizen oder zu lüften. Sie sind 33% der installierten PVT-Kapazität.

Konzentrierende und evakuierte Rohrkonstruktionen existieren, spielen aber eine untergeordnete Rolle (IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025).

Wie es funktioniert

Das Lichtbudget. An einem klaren Tag erreichen etwa 1.000 W Sonnenlicht jeden Quadratmeter einer zur Sonne gewandten Platte; 800 W sind eine typischere helle Stunde. Eine Siliziumzelle wandelt den Teil des Spektrums, den sie nutzen kann, in Elektrizität um. Der Rest wird reflektiert, durchlässig oder wird in der Zelle zur Wärme.

Hitze macht Zellen schlechter. Der elektrische Wirkungsgrad einer kristallinen Siliziumzelle fällt fast linear mit ihrer Temperatur ab: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), wobei β etwa 0,4% pro Kelvin beträgt (der gemessene Bereich liegt zwischen 0,2 und 0,5%). Einfach ausgedrückt: Eine Platte mit der Bezeichnung 20% effizient bei 25 °C liefert etwa 18,4%, wenn ihre Zellen bei 45 °C sitzen, was an einem sonnigen Tag normal ist (Skoplaki und Palyvos, 2009).

Wärme sammeln. Die Wärme, die ein Kollektor liefert, folgt der Gleichung in der Prüfnorm EN ISO 9806: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Hierbei ist η_0 der Anteil des Sonnenlichts, der bei Lufttemperatur in Nutzwärme umgesetzt wird (typisch für PVT etwa 61%), T_m die mittlere Fluidtemperatur, T_a die Lufttemperatur, G das Sonnenlicht in W pro m² und a_1, a_2 beschreiben, wie schnell Wärme abläuft. In einfachen Worten: Je wärmer Sie das Wasser haben wollen, desto weniger Wärme sammeln Sie, und ein unbedeckter Kollektor ohne Glasabdeckung, um den Wind abzuhalten, verliert viel schneller Wärme als ein abgedeckter.

Der Kompromiss. Kaltes Wasser hilft zweifach: Die Zellen laufen kühler und produzieren etwas mehr Strom, und der Kollektor sammelt mehr Wärme. Heißes Wasser tut zweimal weh. Deshalb sind PVT und Wärmepumpen natürliche Partner: Eine Wärmepumpe will eine Quelle bei 5 bis 20 °C, genau dort wo ein unbedeckter PVT-Kollektor am effizientesten ist. Wenn das Medium kälter als die Luft ist, entnimmt ein unbedeckter Kollektor sogar Wärme aus der Luft, Tag und Nacht, so dass er das Außengerät einer Luftwärmepumpe ersetzen oder den Boden um Bodenwärmepumpen Bohrlöcher aufladen kann. Die Erklärung oben lässt Sie dies ausprobieren.

Das Verhältnis. Da mehr Licht in Wärme als Strom umgewandelt wird, werden “je nach Zelleffizienz und Systemdesign zwei oder mehr Einheiten thermischer Energie für jede Einheit elektrischer Energie erzeugt” (IEA SHC Task 60, 2020).

Die Grenzen der Technik

Theoretisch. Das Sonnenlicht liefert mittags höchstens etwa 1 kW pro Quadratmeter und im Jahresdurchschnitt je nach Breitengrad und Wetterlage 100 bis 300 W pro m². Kein Kollektor kann mehr Energie liefern, als auf ihn fällt (außer der Wärme aus der Luftquelle, die ein unbedeckter Kollektor aufnimmt, wenn er kälter als die Luft läuft, was Wärmepumpenphysik ist, nicht zusätzliches Sonnenlicht). Die Elektrizität wird von der Zelle begrenzt: etwa ein Fünftel des Lichts für kommerzielles Silizium. Die Wärme wird durch die benötigte Temperatur begrenzt: Bei 60 °C verliert ein Kollektor bereits einen großen Teil dessen, was er sammelt.

Praktisch.

• Die Wärme muss in der Nähe genutzt werden. Niedertemperaturwärme kann nicht wie Strom in ein Netz verkauft werden. An einem sonnigen Julinachmittag hat ein Haus mit vollem Warmwasserspeicher keinen Platz mehr, um Wärme zu sammeln, so dass der Kollektor aufhört zu sammeln (“Stagnation”) und sich wie eine gewöhnliche Platte erwärmt. Die Dimensionierung der Wärmeseite auf den tatsächlichen Bedarf ist wichtiger als jedes Kollektordetail.
• Temperaturgrenzen. Die meisten Panels sind für Zelltemperaturen bis ca. 85 °C zertifiziert. Ein im Sommer stehen gebliebener abgedeckter Kollektor kann sich dem nähern, was die Verkapselung und Lötstellen altern lässt.
• Zwei Gewerke unter einem Dach. PVT braucht einen Elektriker und einen Klempner, zwei Normen (IEC 61215 und 61730 für die elektrische Seite, EN ISO 9806 für die thermische Seite) und bis vor kurzem noch keine eigene Prüfnorm. Die Experten der IEA nennen Kosten, Tests und Installationsfähigkeiten als Hindernisse, nicht die Physik (IEA SHC Task 60 position paper).
• Konkurrenz durch billige Module. Gewöhnliche Module sind so billig geworden, dass ein Dach oft separate PV-Module und einen kleinen Solarkollektor oder PV-Module plus eine Luftwärmepumpe für weniger Geld als ein PVT-System aufnehmen kann.

Reale Projekte, gemessen

Projekt	Was es ist	Was wurde gemessen oder berichtet?	Quelle
26 Beispielsysteme in IEA SHC Task 60 (Europa und darüber hinaus, 2020)	Warmwasserbereitung, Wärmepumpen und Industrieanlagen, überwacht für etwa ein Jahr	Überdachte PVT für Warmwasser: bis zu ca. 700 kWh Wärme pro m² im Jahr; freiliegende: ca. 400. Elektrischer Leistungsfaktor 0,66 bei überdachten und 0,75 bei freiliegenden Kollektoren (gewöhnliche PV: 0,7 bis 0,85).Wärmepumpenanlagen mit freiliegender PVT als einziger Quelle erreichten in der Schweiz einen saisonalen Leistungsfaktor von ca. 3	Schubert und Zenhäusern, 2020
Neues Rathaus, Freiburg im Breisgau (2017)	PVT-Kollektoren für Warmwasser auf einem Netto-Plus-Energie Bürogebäude	Ausgelegt für eine jährliche Wärmeproduktion von 22 MWh bei einem Warmwasserbedarf von 145 MWh, der gemessene Bedarf betrug nur 24 MWh pro Jahr, so dass das Kollektorfeld viel zu groß war, heißer lief und weniger Wärme pro m² lieferte. Solaranteil 29,6 %; elektrische Leistung wie erwartet	IEA SHC Task 60, Bestehende PVT-Systeme
Carrosserie Pfister, Herisau, Schweiz	Freigelegte PVT auf einem Industriegebäude	106 kWp elektrische und 324 kW thermische Leistung (Nennleistung, nicht gemessene Leistung)	IEA SHC, Solare Wärme weltweit 2025
Neue Sportarena, Österreich	1.130 m² PVT mit 80 Bodensonden und einer 540 kW Wärmepumpe	Ausgelegt für einen Wärmebedarf von 1,4 GWh pro Jahr ohne fossilen Brennstoff (Auslegungsbild)	IEA SHC, Solare Wärme weltweit 2025
Weltmarkt, 2024	46 Hersteller melden	37,5 MW thermisch und 18,6 MW elektrisch im Jahr 2024 installiert; Frankreich (629.136 m²), Deutschland und die Niederlande an der Spitze	IEA SHC, Solare Wärme weltweit 2025

Der Fall Freiburg ist die nützlichste Lektion auf dieser Seite: Die Kollektoren funktionierten, die Vorhersage, wie viel Warmwasser das Gebäude verbrauchen würde, nicht. Veröffentlichte, unabhängig gemessene Daten für PVT-Systeme sind noch selten; die meisten Zahlen stammen aus Pilotprojekten.

Was es kostet

Option	Kosten pro kWh	Jahr und Quelle
PVT, gut dimensionierte Systeme im Task 60 Beispiel	Strom ca. 0,20 €; Wärme unter 0,10 €	2020, Schubert und Zenhäusern
PVT, Mittelwert der Stichprobe für Aufgabe 60	Strom 0,10 bis 0,15 €; Wärme 0,25 € (überdacht) bis 0,45 € (unüberdacht)	2020, gleiche Quelle (abhängig von der Kostenverteilung zwischen Wärme und Strom)
PVT, modelliert	Strom 0,20 €; Wärme 0,22 €	Lämmle (2019), zitiert im selben Bericht
Benchmark: Dachsolaranlagen auf demselben Gebäude	about $0.19 central	Unser Fan Wall Modell
Kommerzielle und kommunale Dachsolaranlagen, Vereinigte Staaten	$0.09 to $0.20	Juni 2026, Lazard LCOE+ Version 19
Solarthermische Warmwasserbereitung, Europa	0,03 € (Süd) bis 0,19 € (Mitte und Norden) pro kWh Wärme	2015, ESTIF, zitiert von Schubert und Zenhäusern
Wärme aus einem Gaskessel, EU-Haushalte	ca. 0,14 € pro kWh Wärme (nur Brennstoff: Gas bei 0,1228 € pro kWh, 90% Wirkungsgrad Kessel)	zweite Hälfte 2025, Eurostat

Was die Tabelle sagt: die besten PVT-Systeme produzieren bereits Wärme für weniger als die Brennstoffkosten eines Gaskessels in Europa und Strom zu etwa dem Preis von Dachpaneelen, aber das durchschnittliche Pilotsystem nicht. Die Spanne ist riesig, weil der Wert der Wärme ganz davon abhängt, ob sie genutzt wird. IEA-Experten haben sich zum Ziel gesetzt, die PVT-Kollektorkosten durch Volumen und Technologie um den Faktor 1,5 bis 2 zu senken (Task 60 position paper).

Wo es gewinnen kann und wo nicht

Es kann gewinnen:

• Gebäude mit ganzjährigem Wärmebedarf und kleinem Dach: Mehrfamilienhäuser, Hotels, Krankenhäuser, Schwimmbäder, Wäschereien, Sporthallen. Jeder Quadratmeter macht zwei Arbeiten.
• Als Wärmequelle für eine Wärmepumpe. Unbedeckte PVT kann eine laute Außeneinheit ersetzen oder ein Bohrlochfeld aufladen, so dass es sich im Laufe der Jahre nicht abkühlt, woher das jüngste Wachstum stammt.
• Warme, sonnige Orte mit Warmwasserbedarf, wo überdachte Kollektoren den größten Teil davon erfüllen können; ein Task-60-System erreichte einen Solaranteil von 70%.
• Niedertemperatur-Industriewärme (Waschen, Trocknen, Vorheizen), wo es jeden Tag des Jahres einen Einsatz gibt.

Es kann nicht gewinnen:

• Wo die Wärme keinen Nutzer hat. Ein Ferienhaus, ein Büro mit wenig Warmwasser oder ein Haus, das bereits von einer Wärmepumpe mit eigenem Außengerät beheizt wird, kann besser durch gewöhnliche Paneele bedient werden.
• Bei hohen Temperaturen. Dampf- und Prozesswärme über ca. 80 °C sind für PV-Zellen nicht tolerierbar; konzentrierte solarthermische oder Wärmespeicher Das passt besser.
• Auf Preis allein gegen billige Module, bis die Installation wird so routinemäßig wie gewöhnliche PV.

Was ist bewiesen, plausibel und spekulativ

Nachgewiesen: Die Temperaturstrafe von Siliziumzellen; die Kollektorphysik der EN ISO 9806; dass PVT-Kollektoren in realen Gebäuden sowohl Strom als auch Wärme liefern, mit gemessenen Erträgen von etwa 400 bis 700 kWh Wärme pro m² und Jahr; dass unbedeckte PVT als einzige Quelle für eine Wärmepumpe mit einem saisonalen Leistungsfaktor nahe 3 in der Schweiz dienen kann; dass eine Überdimensionierung der Wärmeseite den Ertrag senkt.

Plausible: dass die Massenproduktion und Standard-Kits Kosten um den Faktor 1,5 bis 2 senken könnten; dass PVT plus Wärmepumpen dichte Stadtblöcke dekarbonisieren können, in denen kein Platz für Außengeräte oder Bohrlöcher ist; dass ein besserer thermischer Kontakt zwischen Zellen und Absorber beide Erträge erhöht.

Spekulativ: PVT-gesteuerte nächtliche Strahlungskühlung im Nutzmaßstab (in der Forschung nachgewiesen, selten in Gebäuden); Langzeitbeständigkeit der Zell-Absorber-Verbindung über 25 Jahre thermischen Zyklus; Gebäudeintegrierte PVT-Fassaden zu einem wettbewerbsfähigen Preis.

Offene Forschungsfragen

• Wie altern Zell-Absorber-Bindungen und Verkapselungen unter täglichem thermischen Wechsel und sommerlicher Stagnation? Twenty-five-year field data does not yet exist.
• Wie ist die richtige Aufteilung zwischen PVT, gewöhnlicher PV und Bohrlochlänge in einem Wärmepumpensystem und wie viel verlängert die PVT-Regeneration tatsächlich die Lebensdauer des Bohrlochs?
• Kann eine kombinierte Prüfnorm und Zertifizierung die Kosten und den Zeitaufwand für die Markteinführung eines PVT-Produkts senken?
• Wie sollen Installateure die Wärmeseite dimensionieren, wenn der reale Warmwasserbedarf so ungewiss ist, wie Freiburg gezeigt hat?
• Können kostengünstige Polymer-Wärmetauscher in Bezug auf Wärmeübertragung und Lebensdauer mit Metall-Wärmetauschern mithalten?

Was ein funktionierender Prototyp benötigt

Für einen Erfinder mit einem neuen PVT-Design ist der Beweis, der zählt, ein Kollektor, der in der Sonne gemessen wird, mit kalibrierten Sensoren, lange genug, um sowohl gute als auch schlechte Tage zu sehen.

Phase	Arbeit	Was es beweist	Grobe Kosten	Time
0. Schreibtischstudie	Wärmeübertragungsmodell des Entwurfs, Vergleich mit veröffentlichten Kollektordaten, Kostenschätzung	Die Idee schlägt bestehende PVT auf dem Papier	$5k to $15k	1 bis 2 Monate
1. Bank und Outdoor-Test eines Kollektors	Messung der elektrischen Leistung (I-V-Kurven) und des thermischen Wirkungsgrades bei verschiedenen Flüssigkeitstemperaturen nach den Methoden EN ISO 9806 und IEC 60891 in einem akkreditierten Labor oder einer sorgfältigen Universitätseinrichtung	Real η_0, a_1 und die elektrische Temperaturstrafe	$15k to $40k	3 bis 4 Monate
2. Kleiner Systempilot	10 bis 20 m² Speisung eines echten Warmwasserspeichers oder einer Wärmepumpe, mit Wärmezählern, Stromzählern und Wetterstation, ein Jahr	Saisonale Erträge, Stagnationsverhalten, Zuverlässigkeit	$40k to $100k	12 Monate
3. Zertifizierung und Zulassung	IEC 61215 und 61730 (elektrische Sicherheit und Haltbarkeit), Solar Keymark (thermisch), Baugenehmigungen	Ein Produkt, das verkauft und versichert werden kann	$60k to $150k	9 bis 12 Monate

Die Phasen 0 bis 2 kosten ungefähr $60,000 to $155.000. Dies sind unsere Schätzungen aus typischen Labor- und Überwachungskosten, keine Angebote.

Wen wir brauchen

• Solarthermie-Ingenieur mit Erfahrung in der Prüfung nach EN ISO 9806.
• PV-Modul-Ingenieur, der sich mit Verkapselungsmitteln, thermischen Wechselwirkungen und IEC 61215 auskennt.
• Gebäudetechnik-Ingenieur zur Dimensionierung der Wärmeseite und Integration von Wärmepumpen und Speichern.
• Monitoring-Spezialist für die Entwicklung einer kalibrierten Wärme- und Strommessung.
• Fertigungspartner, der Wärmetauscher in großen Mengen laminieren und verkleben kann.
• Installateure und Klempner, die eine kombinierte Installation ausprobieren und die tatsächliche Arbeitszeit melden möchten.

Haben Sie eine bessere Idee?

Vielleicht hast du einen besseren Absorber, eine billigere Methode, um es zu binden oder eine intelligentere Art, die Wärme zu nutzen. Einige Mitglieder der Local Solar System Foundation haben vielleicht Kontakte, die einen Pitch für eine starke Energieidee hören könnten. Um eine Idee zu pitchen, braucht man ein funktionierendes, reales Modell, das tatsächlich Strom und Wärme produziert, gemessen an einem Instrument, nicht behauptet. Papierideen sind ebenfalls willkommen: Wenn die Physik und die Zahlen stimmen, können wir sie hier auf der Website veröffentlichen. Ohne ein funktionierendes Modell ist es sehr schwierig, Kapital aufzubringen, und wir können keine Finanzierung, Renditen oder Einführungen versprechen.

Für PVT ist die billigste Messung, die als Arbeitsmodell zählt Einen Kollektor im Freien neben einem identischen normalen Panel, wobei die Einlass- und Auslasswassertemperaturen, der Durchfluss und die elektrische Leistung beider Panels für einige sonnige Wochen protokolliert wurden. Das zeigt die gewonnene Wärme und den gewonnenen oder verlorenen Strom. Senden Sie sie über das Beitragsformular ein und sehen Sie, wie PVT sich mit anderen Ideen auf dem Ideenradar vergleicht.

Quellen

1. Lämmle, M. und Kollegen (2020). Grundkonzepte der PVT-Kollektortechnologien, Anwendungsgebiete und Markt. IEA SHC Task 60, Bericht D5.
2. Skoplaki, E. und Palyvos, J.A. (2009). Zur Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leistung von Photovoltaikmodulen: eine Übersicht über die Wirkungsgrad-/Leistungskorrelationen. Solar Energy 83(5), 614-624.
3. AEE INTEC und IEA SHC (2025). Solar Heat Worldwide, Ausgabe 2025, Kapitel 5.4, Photovoltaisch-thermische Systeme.
4. IEA PVPS (2025). Schnappschuss der globalen PV-Märkte 2025.
5. IEA SHC Task 60 (2020). PVT-Technologie Positionspapier.
6. Schubert, M. und Zenhäusern, D. (2020). Leistungsbewertung von Beispiel-PVT-Systemen. IEA SHC Task 60, Bericht D2.
7. IEA SHC Task 60 (2020). Bestehende PVT-Systeme und -Lösungen, einschließlich des Factsheets Neues Rathaus Freiburg (nach Réhault et al., 2019).
8. In: ISO (2017). ISO 9806:2017, Solarenergie: thermische Sonnenkollektoren, Prüfverfahren.
9. Chow, T.T. (2010). Ein Überblick über die Photovoltaik/Thermal Hybrid Solartechnik. Zeitschrift für Angewandte Energie 87(2), 365-379.
10. Herrando, M., Markides, C.N. und Hellgardt, K. (2014). Eine Bewertung von Hybrid-PV- und Solarthermiesystemen für die Heizung und Stromversorgung von Wohngebäuden: Systemleistung. Zeitschrift für Angewandte Energie 122, 288-309.
11. Lazard (Juni 2026). Levelized Cost of Energy+, Version 19: Gemeinschafts- und C&I-Solar $88 to $197 pro MWh.
12. Eurostat (2026). Erdgaspreisstatistik: EU-Haushaltsdurchschnitt 0,1228 € pro kWh, zweite Hälfte 2025.
13. Local Solar System Stiftung (2026). Die Fan Wall: offenes Modell, Dach-Solar-Benchmark.