Wenn die Sonne in Deutschland scheint, dann wird ihre Energie so eifrig genutzt wie nirgendwo sonst. Dank großzügiger Förderung tragen Dächer hierzulande über eine Million Photovoltaik- und mehr als 1,7 Millionen Solarwärmeanlagen. Erstere erzeugen PV-Strom, Letztere Warmwasser. Beides gleichzeitig wird allerdings fast nie geliefert. Dabei liegt die Idee nahe: Wird das Dach schon mit Kollektoren bestückt, dann könnten sie die Sonne doch gleich doppelt nutzen.

Tatsächlich sind entsprechende "Solarhybridkollektoren" seit einigen Jahren auf dem Markt. Direkt unter einer schützenden Glasabdeckung erzeugen Photovoltaikzellen Strom, darunter zirkuliert Flüssigkeit durch kleine Rohre und führt die Wärme ab. Theoretisch ergänzt sich das prima, denn Solarzellen mögen keine Hitze. Mit jedem zusätzlichen Grad Temperatur sinkt ihre Leistung um 0,5 Prozent. Erhitzt sich ein PV-Modul am heißen Sommertag auf 130 Grad, schafft es nur noch die Hälfte seiner Nennleistung. Wird die Wärme abgeführt, lohnt sich das also doppelt: Der Stromertrag steigt, und das warme Wasser kann genutzt werden.

Leider zeigt die schöne Idee in der Praxis Tücken. Denn in einem einzigen Modul möglichst kühle PV-Zellen direkt neben dem möglichst heißen Kollektor unterzubringen ist technisch unmöglich. Machbar ist immer nur ein Kompromiss, dessen Gesamtergebnis schlechter ist als bei getrennter Erzeugung von Strom und Wärme. Zudem ist der Kühlbedarf der Solarzellen am höchsten, wenn im Haus am wenigsten Wärme benötigt wird: mittags im Sommer. "Für Besitzer eines Swimmingpools ist das ideal", sagt Tobias Kinert vom Solarzentrum Allgäu, dem einzigen deutschen Hersteller von Solarhybridkollektoren. Das Schwimmbecken dient als großer Wärmespeicher. Anderenfalls bleibt die Frage: Wohin mit der Hitze, wenn niemand heiß duschen will?

An einer Lösung tüftelt das Institut für Solarenergieforschung in Hameln (ISFH) mit einem Pilotprojekt im hessischen Dreieich. Dort wurden 24 Solarhybridkollektoren auf ein großes Einfamilienhaus montiert. Die von ihnen gesammelte Wärme wird durch drei 75 Meter tiefe Erdsonden geleitet. Sie erhöht die Temperatur des Bodens, die später bei Bedarf von einer Wärmepumpe genutzt wird. Dadurch sinkt deren jährlicher Stromverbrauch um zehn Prozent. Außerdem wird so das gefährliche Einfrieren der Erdsonden zuverlässig verhindert. "Wir machen das Wärmepumpensystem robuster", sagt der ISFH-Ingenieur Gunter Rockendorf. Wirtschaftlich sei das allerdings nicht. "Bei den bisherigen Preisen sind wir noch weit von einer Amortisation entfernt."

Eine Weiterentwicklung verfolgt das Fraunhofer Institut für Solarenergie (ISE) in Freiburg. In dessen Prototyp trennt eine Spezialfolie den Wärmeabsorber von den Photovoltaikzellen. Durch sie dringt energiereiches Licht fast ungehindert bis zum Absorber vor, dessen Wärmestrahlung wird weitgehend blockiert und kann den empfindlichen PV-Zellen nicht schaden. Marktreif ist diese Technik jedoch nicht. Erst muss noch ein Material für den Rahmen des Hybridkollektors gefunden werden, das die unterschiedliche Ausdehnung seines heißen und seines kühlen Teils dauerhaft ohne Rissbildung übersteht. Ferner ist ein Überhitzungsschutz nötig, der beim Ausfall der Pumpe des Wärmekreislaufs ein zerstörerisches Aufheizen des Moduls verhindert.

Schon vor fünf Jahren hat der türkische Hersteller Solimpeks Solar das erste deutsche Dach mit einem Hybridkollektor bestückt. Doch während der Absatz in anderen Ländern steigt, stagniert er hierzulande. "Alles was neu ist, braucht Zeit in Deutschland", stöhnt Vertriebsleiter Önder Kalafat. Eine Rolle spielt dabei auch, dass es für die Wärmeerzeugung von Hybridkollektoren keine Förderung gibt, wegen ihrer zu geringen thermischen Leistung. Und die Installationskosten sind hoch. Denn anders als Photovoltaikmodule lassen sich die rund doppelt so schweren Hybridmodule nicht von Hand aufs Dach hieven – dafür ist ein Kran nötig.

Trotz einiger Haken gibt es bereits Fälle, in denen Hybridkollektoren die beste Lösung für die Energieerzeugung auf dem Dach sind. Der wichtigste Punkt dabei ist die Möglichkeit, Wärme auch im Hochsommer sinnvoll nutzen zu können – etwa in Schwimmbädern oder in der Erde als geothermischem Großspeicher. "Der Beratungsbedarf ist sehr hoch", sagt Tobias Kinert vom Solarzentrum Allgäu, "denn die Wirtschaftlichkeitsrechnung hängt von vielen Details ab."

Zum Beispiel auch vom Wetter im Winter. Wenn, wie im Allgäu, viel Schnee fällt, können Hybridkollektoren beim Abtauen helfen, indem Warmwasser hindurchgepumpt wird. Ist das Dach wieder frei, können die eiskalten PV-Zellen auch im Winter noch etwas Strom erzeugen.