Solarthermie wandelt die Direktstrahlung der Sonne in Wärme um und unterliegt daher saisonalen und stündlichen Schwankungen, die abhängig vom Sonnenstand und Wetter variieren können. Eine Hybridisierung solarthermischer Anlagen mit anderen Technologien ermöglicht eine gute Anpassung an unterschiedliche Wetterlagen, Verbrauchsprofile und -wärmebedarfe und führt zu einer höheren Robustheit gegenüber saisonalen Schwankungen. So kann der Wärmebedarf möglichst vollständig und klimafreundlich gedeckt werden.
Thermische Speicher kommen zum Einsatz, wenn nachts oder im Winter Wärme benötigt wird und über solarthermische Kollektoren keine oder nicht ausreichend Wärme bereitgestellt werden kann. Liegt ein Wärmeüberschuss vor, das heißt, das Kollektorfeld liefert mehr Wärme, als vom Verbraucher benötigt wird, wird die überschüssige Wärme in einen Wärmespeicher (zum Beispiel Druckwasserwärmespeicher oder über einen Feststoffspeicher) geleitet und dort gespeichert. Bei Bedarf kann die Wärme an den Verbraucher abgegeben werden.
Ist der Speicher leer, kann ein Boiler die übrige Wärme bereitstellen, sodass stets Wärme für den Prozess geliefert werden kann. Für gewöhnlich sind Boiler bereits auf der Verbraucherseite installiert und können so als Rückfalllösung weiter genutzt werden.
Fließbild für ein System mit einem flüssigen Medium
Vereinfachtes Fließbild für ein System mit einem flüssigen Medium im Primärkreislauf und einem Wärmeübertrager.
Solarthermie kann ebenfalls mit einer Wärmepumpe kombiniert werden, wobei eine Solarthermieanlage den größten Teil der Wärmeversorgung deckt. Eine mögliche Kombination wäre hier der Anschluss der Wärmepumpe an einen Wärmespeicher (hier ein Saisonalspeicher in Form eines Erdbeckenspeichers). Bei den herkömmlichen Erdbeckenspeichern liegt die maximale Speichertemperatur bei ungefähr 80 Grad Celsius, diese kann mit Hilfe einer Wärmepumpe angehoben werden. Diese Kombination eignet sich insbesondere für Wärmenetze, die höhere Vorlauftemperaturen benötigen.
Konzept eines Anlagenschemas für die ganzjährige Versorgung eines Fernwärmenetzes
Konzept eines vereinfachten Anlagenschemas für die ganzjährige Versorgung eines Fernwärmenetzes mit Parabolrinnen, Saisonalspeicher, Tagesspeicher, Elektrokessel und einer Wärmepumpe. Ziel ist hier eine 100% Versorgung des Wärmenetzes mit erneuerbarer Energie. Der Strom aus dem Stromnetz soll ebenfalls aus 100% erneuerbarer Energien stammen.
Weiterhin sind auch Biomasse-Kopplungen, wie zum Beispiel bei der Anlage in Brønderslev Dänemark, möglich. Liefert die Solarthermieanlage ausreichend Wärme, wird das erhitzte Thermoöl direkt zur Stromerzeugung oder zur Fernwärmeversorgung genutzt. In Zeiten geringer Sonneneinstrahlung übernehmen die Biomassekessel automatisch die Wärmebereitstellung. Idealerweise heizen diese dabei dasselbe Thermoöl auf, sodass alle nachgeschalten Komponenten ohne Betriebsunterbrechung weiterlaufen können.
Hybridsysteme, welche die Wärme aus konzentrierter Solarthermie mit denen der direkten Stromerzeugung durch Photovoltaik ergänzen, ermöglichen eine effiziente Nutzung der zur Verfügung stehenden Flächen. Hier kann Photovoltaik auf Flächen installiert werden, die von Parabolrinnenkollektoren nicht genutzt werden können (zum Beispiel geneigte Flächen wie Dächer). Die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme kann Vorteile bieten. So kann die durch konzertierende Solarthermie kosteneffizient erzeugte Wärme gut gespeichert werden, wohingegen die Photovoltaik tagsüber Strom liefert. Der Einsatz beider Technologien kann daher die Versorgungssicherheit erhöhen und Schwankungen reduzieren.
