PVTgen2 – Optimierte PVT-Kollektoren für die kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung

Laufzeit: Mai 2013 - Oktober 2016
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: Solvis GmbH
Projektfokus:
© Foto Fraunhofer ISE

Monitoring von zwei abgedeckten PVT-Kollektoren, mit und ohne Low-E-Beschichtung, auf einem Tracker des Fraunhofer ISE.

© Foto Fraunhofer ISE

Energetischer Vergleich eines Gebäudes mit getrennter Installation von Solarthermie und PV mit einem Gebäude mit abgedeckten PVT-Kollektoren.

Hybride PVT-Kollektoren erzeugen in einer Komponente gleichzeitig solaren Strom und Wärme. PV-Module weisen typischerweise Wirkungsgrade zwischen 15 und 20 % auf. Da liegt es nahe, den ungenutzten Teil der Solarstrahlung als Wärme an ein Fluid abzuführen und für die Trinkwassererwärmung oder Raumheizung zu nutzen. Dadurch werden begrenzte Solarflächen besser ausgenutzt und mehr Strom und Wärme gewonnen. Bisher verfügbare PVT-Kollektoren weisen allerdings keine zufriedenstellende thermische Effizienz auf. Durch den Einsatz von Low-E-Beschichtungen konnte das Fraunhofer ISE den thermischen Wirkungsgrad optimieren, sodass abgedeckte PVT-Kollektoren für herkömmliche solarthermische Anwendung wie Trinkwassererwärmung und Raumheizung geeignet sind.

Die Verbindung von Photovoltaik und Solarthermie in einer Komponente stellt eine spannende technologische Herausforderung dar. Mit seinen gebündelten Kompetenzen in Kollektorentwicklung, Modulherstellung, Gebrauchsdaueranalyse sowie den angeschlossenen TestLabs ist das Fraunhofer ISE bestens für die Entwicklung von PVT-Kollektoren aufgestellt.

Eine gute thermische Kopplung der PV-Zelle an das Fluid ist von zentraler Bedeutung, um möglichst geringe Zelltemperaturen zu gewährleisten. Low-E-Beschichtungen müssen so optimiert werden, dass sie gleichzeitig einen hohen Transmissionsgrad für eine hohe PV-Effizienz und einen geringen Emissionsgrad für eine hohe thermische Effizienz aufweisen. Den hohen Temperaturen in Stagnation kann entweder durch einen Überhitzungsschutz oder angepasste Materialien begegnet werden. Schließlich müssen PVT-Kollektor, solarthermische Anwendung und die Gebäudetechnik aufeinander abgestimmt werden, um das gesamte Potenzial dieser Technologie zu nutzen.

Gemeinsam mit einem Industriepartner hat das Fraunhofer ISE so PVT-Gesamtlösungen weiterentwickelt, die eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrads und damit eine bessere Ausnutzung der verfügbaren Dachflächen erzielen. Modellrechnungen für ein Demonstrationsgebäude zeigen, dass auf einer bestimmten zur Verfügung stehenden Dachfläche bis zu 130 % mehr Strom bei gleichem thermischem Ertrag gewonnen werden im Vergleich zu einer getrennten Installation von Solarthermie und PV-Modulen.