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Solartechnik:
Thermische contra
photovoltaische Nutzung
der Sonne
Pros und Cons
Zitat:
“Eine scheinbare Kontroverse ,die sich durch
situationsabhängige intelligente Energietechnik
von alleine löst!”
Ziel des Referats:
 Diskussion der beiden sich «konkurrenzierenden»
Technologien
 Technische & betriebswirtschaftliche Betrachtung
aus der aktuellen Sicht einer spezialisierten KMU
 Was kann ich von den Technologien erwarten
 Welchen Effekt/Ertrag/Kosten hat die Wahl der
Technologie
Nicht Ziel des Referats:
 Keine universelle Antworten
 Keine Simulationsorgie
Zieldefinition des Referats
SOLTOP in Elgg ZH
SOLTOP: Herstellung und Vertrieb von effizienten Energiesystemen
Die Freude an technischer Innovation ist auch nach über 30 Jahren unser Antrieb.
Am Standort in Elgg (ZH) befindet sich die Produktion, die Technik und die
Verwaltung. Für Kunden in der Westschweiz sind die Kollegen der Niederlassung in
Puidoux (VD) zuständig. Die Soltop beschäftigt aktuell rund 60 Mitarbeiter.
SOLTOP: Herstellung und Vertrieb von effizienten Energiesystemen
Energieverbrauch nach Sektoren
Energieverbrauch Verwendungszweck
Solartechnik
Thermischer Kollektor PV-modul
Energielieferant
SONNE
Verwaltung
Technik
Leitungen
Pumpen
Regulierung
Speicher
Kabel
Wechselrichter
Regulierung
Speicher (Batterien)
Verbraucher
Mensch
Wärme für Warm-
wasser, Heizung
Schwimmbad usw.
Beleuchtung
Kochen, Waschmaschine,
Wärmepumpe usw.
Zusatz-
energie
Holz, Oel, Gas,
Elektrizität
öffentliches Stromnetz
Solarthermie Photovoltaik
Solartechnik – Kostenentwicklung der Technologien
Solartechnik – Kostenentwicklung PV-Module
Quelle: ISE Freiburg, D
Solartechnik – Kostenentwicklung PV-Module
Solarwärme:
 hoher spezifischer Ertrag (Wärme hat den
besseren Wirkungsgrad als PV)
 Speicher sind preiswert (Wasser), verlustbehaftet
und brauchen viel Platz (ca. 50-70 kWh/m3)
 Wärme sollte vor Ort verbraucht werden, da sie
schlecht transportierbar ist (Verluste, Investition)
 Je tiefer die geforderte Temperatur je besser
 gut kombinierbar mit herkömmlichen Systemen
 Hohe Deckungsgrade benötigen grosse Speicher
und Kollektorflächen – viele Beispiele sind
realisiert und funktionieren bestens!
Wärme oder Strom oder beides?
Solarstrom:
 Strom ist gut transportierbar, ist also egal, wo er
hergestellt wird
 Braucht mehr Platz als Wärme für gleichen Ertrag
 Universell einsetzbar, alle elektrischen
Verbraucher können mit Solarstrom betrieben
werden
 In Kombination mit Wärmepumpen effiziente
Wärmebereitstellung für Warmwasser und
Heizung
 Speicherung in Batterien (Li-ionen ca. 180 Wh/kg /
ca. 200 kWh/m3), teuer, kalendarische und
zyklenbasierte Alterung!
Wärme oder Strom oder beides?
Solartechnik – Aufbau Kollektor/Modul
Thermischer Kollektor plus PV-Modul → Hybridkollekor
Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt
PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt
Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt
Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt
PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt
Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt / Carnotfaktor
Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt
PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt
Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt / Carnotfaktor
«Exergie» der
elektrischen
Energie
Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt
PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt
Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt / Carnotfaktor
1000 W/m2 / 25 °C
Vergleich der Leistungsfähigkeit
Vergleich der Leistungsfähigkeit PV zu Thermie
(1000 W/m2 / 25°C)
PV-Modul:
• 290 Wp, all black
• Wirkungsgrad: 17.3 %
• Platzbedarf pro kWp: ca. 6 m2
• Spezifischer erwarteter Jahresertrag (Süd/30°) ca. 180 kWh/m2
Thermischer Kollektor:
• 2.5 m2 Aperturfläche, ca. 1675 W (T:50K)
• Wirkungsgrad: 68 % (T: 50K)
• Platzbedarf pro kW ca. 1.5 m2
• Spezifischer erwarteter Jahresertrag (Süd/30°) 300 bis 800 kWh/m2
(abhängig vom Einsatz bzw. den Betriebsbedingungen)
Vergleich der Leistungsfähigkeit an 2 Beispielen
Vorstellung von 2 Fallbeispielen:
1. Solare Warmwasseranlage im Einfamilienhaus
2. Solaranlage im Mehrfamilienhaus
PV-WW-System
Thermie-WW-System
3390 kWh/Jahr
Nutzenergie WW:
2140 kWh/Jahr
Ertrag Thermie 5 m2:
1930 kWh/Jahr
Ertrag PV 12 m2:
Fallbeispiel Einfamilienhaus – solare Warmwassererwärmung
Investition (ohne Förderung) CHF 10’000 für beide Systeme
WP
Fallbeispiel Warmwasser und Heizung im Mehrfamilienhaus
Fallbeispiel Warmwasser und Heizung im Mehrfamilienhaus
WP
Fallbeispiel Warmwasser und Heizung im Mehrfamilienhaus
Energiedichte von Stromspeichern
Wasserspeicher
«Verbrechen» auf Dächern
Wärme oder Strom oder beides?
Thermischer Kollektor
PV-Modul
vorgestern
Stroh
gestern
Ziegel
Heute solare
Nutzung
Das Energiedach für Wärme und Strom ab Sonne.
ELEKTRA Energiedach - Das Dach für Strom und Wärme
Energiedach Dachfenster
Perfekte Integration von
thermischen Kollektoren!
Energiedach mit thermischen Kollektoren
Energiedach Kaminanschluss
Energiedach Wiesendangen
ELEKTRA Energiedach - Aufbau in einer Woche
Montage der Solarstrom Laminate, Verkabelung,
Spenglerei und Inbetriebnahme
Montage der Unterkonstruktion, Schneefang,
Abschlussmodule und thermische
Kollektoren
Gerüst aufbauen, bestehende Ziegel
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Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent
Ziel:
Aufzeigen der Systemkosten PV- bzw. Thermie-Anlage als Ergänzung einer
monovalenten Luft/Wasser Wärmepumpenanlage.
Aufzeigen typische Margensituation auf den Stufen Fachhandel/Hersteller bzw.
Installateur
Anlagenkomponente / Leistung CHF
Luft/Wasser WP 20 kW inkl. Regulierung 20500
Aquapur Weichenpuffer 1000 l 3500
Heizungsanbindung ETA‐Gruppe 2250
Aquapur MINI 9950
Material Anschluss an KW/WW und Zirkulation 1500
Bearbeitung/Montage/IB konv. Teil  12500
Heizung Luft/Wasser WP  monovalent ohne Solar, installiert 50200
Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent
PV‐Anlage Brutto CHF Rabatt Inst. Netto CHF Bruttomarge 
%
Bruttomarge 
CHF
8  Module à 290 W 2530 17 2100 15 315
Dacheinbaumat. Elektra inkl. Spenglerbleche 1500 17 1245 35 436
Ueberspannungsschutz/Wechselrichter 1200 15 1020 16 163
Kabel/Kleinteile 1200 17 996 32 319
Batteriepuffer AC 3 kWh 7600 16 6384 14 894
Montage/IB PV‐Solarteil 4500
Montage/IB Batterie 1650
PV‐Anlage komplett, mit Batterie 20180 11745
Pv‐Anlage komplett, ohne Batterie 10930
Thermie‐Anlage Kosten CHF Rabatt Inst. 
%
Netto Inst. 
CHF
Bruttomarge 
%
Bruttomarge 
CHF
5 Kollektoren 5150 25 3863 45 1738
Dacheinbau standard 1500 25 1125 45 506
Flex. Leitungen 30 m 1600 25 1200 40 480
Solargruppe komplett mit Regler und Plattenwärmetauscher 2850 25 2138 42 898
Anschluss PLT an Speicher inkl. Dämmung 2000 25 1500 40 600
Montage/IB Thermie‐Solarteil 6000
Thermie‐Anlage komplett 19100 8325
Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent
Anlagekosten, 
installiert CHF
Kapitalzins 
in %
Abschrei‐
bung 
CHF/Jahr
Annuität 
pro kWh
Wartung / 
Unterhalt 
CHF/kWh
Anteil 
Wartung 
WP
Kosten pro 
kWh 
Wärme CHF
PV/WP mit Speicher 20180 0.02 1033.63 0.13 0.02 0.02 0.17
PV/WP ohne Speicher 10930 0.02 559.84 0.07 0.02 0.02 0.10
Thermie 19100 0.02 978.31 0.12 0.02 0.14
Thermie mit Bruttomarge PV 13966 0.02 715.32 0.09 0.02 0.11
Wp‐Heizung Monovalent 50200 0.02 2571.27 0.07 0.03 0.17
Amortisationszeitraum 25 Jahre
Preis elektrische Energie WP  0.20 CHF
Produzierte Wärme WP mit PV‐Strom* 8000 kWh/Jahr
Ertrag thermische Solaranlage* 8000 kWh/Jahr
* Wärme an Pufferspeicher 
SCOP WP im Sommerbetrieb > 4
SCOP WP im Jahersmittel 3
Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent
Die thermische Solaranlage benötigt weniger
graue Energie und bringt in Kombination mit Öl,
Gas und Holz den höheren Wirkungsgrad.
Die Solarstromanlage liefert hochwertigere Energie.
Sie ist im Zusammenspiel mit einer Wärmepumpe
energetisch und preislich auf gleichem Niveau wie
Solarwärme.
Statement: beide Technologien entsprechend ihrer
Stärke einsetzen
Einsatz der Technologien
(Dach)fläche pro Bewohner bestimmt sinnvolle Nutzung
EFH
4 Personen
Dachfläche pro Person =
100/2/4 = 12.5 m2
2 kWp, WW, zusätzlich
Heizungsunterstützung
12 Familien Haus
48 Personen
Dachfläche pro Person =
(400/2/48 = 2 m2
0.3 kWp oder WW
Mehrfamilienhaus – Thermie oder PV
Ertragskontrolle: höchste Erträge, attraktive Amortisation
Solaranlagen für Grossverbraucher
Beispiel M-Sportzentrum Greifensee, 630 m2 COBRA
Beispiel Wohnüberbauung Ernastr., Zch, Nachrüstung
Solarwärme: kleine Fläche, grosser Effekt
Solarnutzung: grosse Flächen, sehr grosser Effekt
Quelle: Schweizer Solarpreis 2015
Quelle: Schweizer Solarpreis 2015
Kriterien:
 Randbedingungen: Standort, Objekt mit allen
Eigenschaften
 Zielsetzung des Besitzers/Entscheidungsträgers
Anwendung:
 Wärmebereitstellung mit thermischen Kollektoren oder PV
mit WP immer sinnvoll (Wärmequelle WP sicherstellen!)
 Solarthermie in Verbindung mit Oel-oder Gasheizungen
besonders sinnvoll und einfach integrierbar!
 Zusatznutzen durch PV-Strom: Kühlung im Sommer,
Deckung Strom Haushalt, Elektromobilität…
 Hohe Autonomie durch die Kombination beider Techniken
möglich und sinnvoll!
Schlusswort: Thermie oder PV oder beides?
Schlusswort: Thermie oder PV oder beides?
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Fragen?

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  • 2. Ziel des Referats:  Diskussion der beiden sich «konkurrenzierenden» Technologien  Technische & betriebswirtschaftliche Betrachtung aus der aktuellen Sicht einer spezialisierten KMU  Was kann ich von den Technologien erwarten  Welchen Effekt/Ertrag/Kosten hat die Wahl der Technologie Nicht Ziel des Referats:  Keine universelle Antworten  Keine Simulationsorgie Zieldefinition des Referats
  • 4. SOLTOP: Herstellung und Vertrieb von effizienten Energiesystemen Die Freude an technischer Innovation ist auch nach über 30 Jahren unser Antrieb. Am Standort in Elgg (ZH) befindet sich die Produktion, die Technik und die Verwaltung. Für Kunden in der Westschweiz sind die Kollegen der Niederlassung in Puidoux (VD) zuständig. Die Soltop beschäftigt aktuell rund 60 Mitarbeiter.
  • 5. SOLTOP: Herstellung und Vertrieb von effizienten Energiesystemen
  • 8. Solartechnik Thermischer Kollektor PV-modul Energielieferant SONNE Verwaltung Technik Leitungen Pumpen Regulierung Speicher Kabel Wechselrichter Regulierung Speicher (Batterien) Verbraucher Mensch Wärme für Warm- wasser, Heizung Schwimmbad usw. Beleuchtung Kochen, Waschmaschine, Wärmepumpe usw. Zusatz- energie Holz, Oel, Gas, Elektrizität öffentliches Stromnetz Solarthermie Photovoltaik
  • 10. Solartechnik – Kostenentwicklung PV-Module Quelle: ISE Freiburg, D
  • 12. Solarwärme:  hoher spezifischer Ertrag (Wärme hat den besseren Wirkungsgrad als PV)  Speicher sind preiswert (Wasser), verlustbehaftet und brauchen viel Platz (ca. 50-70 kWh/m3)  Wärme sollte vor Ort verbraucht werden, da sie schlecht transportierbar ist (Verluste, Investition)  Je tiefer die geforderte Temperatur je besser  gut kombinierbar mit herkömmlichen Systemen  Hohe Deckungsgrade benötigen grosse Speicher und Kollektorflächen – viele Beispiele sind realisiert und funktionieren bestens! Wärme oder Strom oder beides?
  • 13. Solarstrom:  Strom ist gut transportierbar, ist also egal, wo er hergestellt wird  Braucht mehr Platz als Wärme für gleichen Ertrag  Universell einsetzbar, alle elektrischen Verbraucher können mit Solarstrom betrieben werden  In Kombination mit Wärmepumpen effiziente Wärmebereitstellung für Warmwasser und Heizung  Speicherung in Batterien (Li-ionen ca. 180 Wh/kg / ca. 200 kWh/m3), teuer, kalendarische und zyklenbasierte Alterung! Wärme oder Strom oder beides?
  • 14. Solartechnik – Aufbau Kollektor/Modul Thermischer Kollektor plus PV-Modul → Hybridkollekor
  • 15. Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt
  • 16. Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt / Carnotfaktor
  • 17. Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt / Carnotfaktor «Exergie» der elektrischen Energie
  • 18. Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt / Carnotfaktor 1000 W/m2 / 25 °C
  • 19. Vergleich der Leistungsfähigkeit Vergleich der Leistungsfähigkeit PV zu Thermie (1000 W/m2 / 25°C) PV-Modul: • 290 Wp, all black • Wirkungsgrad: 17.3 % • Platzbedarf pro kWp: ca. 6 m2 • Spezifischer erwarteter Jahresertrag (Süd/30°) ca. 180 kWh/m2 Thermischer Kollektor: • 2.5 m2 Aperturfläche, ca. 1675 W (T:50K) • Wirkungsgrad: 68 % (T: 50K) • Platzbedarf pro kW ca. 1.5 m2 • Spezifischer erwarteter Jahresertrag (Süd/30°) 300 bis 800 kWh/m2 (abhängig vom Einsatz bzw. den Betriebsbedingungen)
  • 20. Vergleich der Leistungsfähigkeit an 2 Beispielen Vorstellung von 2 Fallbeispielen: 1. Solare Warmwasseranlage im Einfamilienhaus 2. Solaranlage im Mehrfamilienhaus
  • 23. 3390 kWh/Jahr Nutzenergie WW: 2140 kWh/Jahr Ertrag Thermie 5 m2: 1930 kWh/Jahr Ertrag PV 12 m2: Fallbeispiel Einfamilienhaus – solare Warmwassererwärmung Investition (ohne Förderung) CHF 10’000 für beide Systeme
  • 24. WP Fallbeispiel Warmwasser und Heizung im Mehrfamilienhaus
  • 25. Fallbeispiel Warmwasser und Heizung im Mehrfamilienhaus
  • 26. WP Fallbeispiel Warmwasser und Heizung im Mehrfamilienhaus
  • 29. Wärme oder Strom oder beides? Thermischer Kollektor PV-Modul
  • 31. ELEKTRA Energiedach - Das Dach für Strom und Wärme
  • 33. Perfekte Integration von thermischen Kollektoren! Energiedach mit thermischen Kollektoren
  • 36. ELEKTRA Energiedach - Aufbau in einer Woche Montage der Solarstrom Laminate, Verkabelung, Spenglerei und Inbetriebnahme Montage der Unterkonstruktion, Schneefang, Abschlussmodule und thermische Kollektoren Gerüst aufbauen, bestehende Ziegel entfernen
  • 37. Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent Ziel: Aufzeigen der Systemkosten PV- bzw. Thermie-Anlage als Ergänzung einer monovalenten Luft/Wasser Wärmepumpenanlage. Aufzeigen typische Margensituation auf den Stufen Fachhandel/Hersteller bzw. Installateur Anlagenkomponente / Leistung CHF Luft/Wasser WP 20 kW inkl. Regulierung 20500 Aquapur Weichenpuffer 1000 l 3500 Heizungsanbindung ETA‐Gruppe 2250 Aquapur MINI 9950 Material Anschluss an KW/WW und Zirkulation 1500 Bearbeitung/Montage/IB konv. Teil  12500 Heizung Luft/Wasser WP  monovalent ohne Solar, installiert 50200
  • 38. Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent PV‐Anlage Brutto CHF Rabatt Inst. Netto CHF Bruttomarge  % Bruttomarge  CHF 8  Module à 290 W 2530 17 2100 15 315 Dacheinbaumat. Elektra inkl. Spenglerbleche 1500 17 1245 35 436 Ueberspannungsschutz/Wechselrichter 1200 15 1020 16 163 Kabel/Kleinteile 1200 17 996 32 319 Batteriepuffer AC 3 kWh 7600 16 6384 14 894 Montage/IB PV‐Solarteil 4500 Montage/IB Batterie 1650 PV‐Anlage komplett, mit Batterie 20180 11745 Pv‐Anlage komplett, ohne Batterie 10930 Thermie‐Anlage Kosten CHF Rabatt Inst.  % Netto Inst.  CHF Bruttomarge  % Bruttomarge  CHF 5 Kollektoren 5150 25 3863 45 1738 Dacheinbau standard 1500 25 1125 45 506 Flex. Leitungen 30 m 1600 25 1200 40 480 Solargruppe komplett mit Regler und Plattenwärmetauscher 2850 25 2138 42 898 Anschluss PLT an Speicher inkl. Dämmung 2000 25 1500 40 600 Montage/IB Thermie‐Solarteil 6000 Thermie‐Anlage komplett 19100 8325
  • 39. Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent Anlagekosten,  installiert CHF Kapitalzins  in % Abschrei‐ bung  CHF/Jahr Annuität  pro kWh Wartung /  Unterhalt  CHF/kWh Anteil  Wartung  WP Kosten pro  kWh  Wärme CHF PV/WP mit Speicher 20180 0.02 1033.63 0.13 0.02 0.02 0.17 PV/WP ohne Speicher 10930 0.02 559.84 0.07 0.02 0.02 0.10 Thermie 19100 0.02 978.31 0.12 0.02 0.14 Thermie mit Bruttomarge PV 13966 0.02 715.32 0.09 0.02 0.11 Wp‐Heizung Monovalent 50200 0.02 2571.27 0.07 0.03 0.17 Amortisationszeitraum 25 Jahre Preis elektrische Energie WP  0.20 CHF Produzierte Wärme WP mit PV‐Strom* 8000 kWh/Jahr Ertrag thermische Solaranlage* 8000 kWh/Jahr * Wärme an Pufferspeicher  SCOP WP im Sommerbetrieb > 4 SCOP WP im Jahersmittel 3
  • 40. Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent
  • 41. Die thermische Solaranlage benötigt weniger graue Energie und bringt in Kombination mit Öl, Gas und Holz den höheren Wirkungsgrad. Die Solarstromanlage liefert hochwertigere Energie. Sie ist im Zusammenspiel mit einer Wärmepumpe energetisch und preislich auf gleichem Niveau wie Solarwärme. Statement: beide Technologien entsprechend ihrer Stärke einsetzen Einsatz der Technologien
  • 42. (Dach)fläche pro Bewohner bestimmt sinnvolle Nutzung EFH 4 Personen Dachfläche pro Person = 100/2/4 = 12.5 m2 2 kWp, WW, zusätzlich Heizungsunterstützung 12 Familien Haus 48 Personen Dachfläche pro Person = (400/2/48 = 2 m2 0.3 kWp oder WW Mehrfamilienhaus – Thermie oder PV
  • 43. Ertragskontrolle: höchste Erträge, attraktive Amortisation
  • 48. Solarnutzung: grosse Flächen, sehr grosser Effekt Quelle: Schweizer Solarpreis 2015
  • 50. Kriterien:  Randbedingungen: Standort, Objekt mit allen Eigenschaften  Zielsetzung des Besitzers/Entscheidungsträgers Anwendung:  Wärmebereitstellung mit thermischen Kollektoren oder PV mit WP immer sinnvoll (Wärmequelle WP sicherstellen!)  Solarthermie in Verbindung mit Oel-oder Gasheizungen besonders sinnvoll und einfach integrierbar!  Zusatznutzen durch PV-Strom: Kühlung im Sommer, Deckung Strom Haushalt, Elektromobilität…  Hohe Autonomie durch die Kombination beider Techniken möglich und sinnvoll! Schlusswort: Thermie oder PV oder beides?
  • 51. Schlusswort: Thermie oder PV oder beides? Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Fragen?