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Kombinierter Sonnensimulator: Ein Sonnensimulator bestrahlt unter Laborbedingungen Hybrid-Kollektoren, sogenannte PVT-Kollektoren, mit Licht aus einem sonnenähnlichen Spektrum.
© TÜV Rheinland
Standards und Prüfverfahren
02.04.2013

Das Schema zeigt den Aufbau eines optimierten verglasten Hybrid-Kollektors.
© Fraunhofer ISE

Im Solarprüfzentrum des TÜV Rheinland können Photovoltaik-Module, thermische Solarkollektoren und Hybrid-Kollektoren getestet werden.
© TÜV Rheinland

Hybrid-Kollektoren einheitlich prüfen

Die vorhandenen Standards für Photovoltaik-Module reichen für Hybrid-Kollektoren nicht aus. Forscher entwickeln daher neue Prüfverfahren für sogenannte PVT-Kollektoren, die sowohl Strom als auch Wärme produzieren. Die neuen Richtlinien sollen den Betrieb der Anlagen und die Ertragsvorhersage sicherer machen.

Für Photovoltaik-Module und Solarthermie-Kollektoren gibt es bereits Standards und Prüfmethoden. Bei der Kombination beider Technologien treten neue Probleme auf – überall dort, wo Flüssigkeit drin steckt und Strom fließt. Ein Grund dafür, dass Hybrid-Kollektoren auf dem Markt noch ein Nischen-Dasein haben. „Ohne geeignete Normen zur verlässlichen Prüfung der Sicherheit können sich die Produkte kaum durchsetzen“, sagt Willi Bihler, Geschäftsführer des Solarzentrum Allgäu.
Ein neuer Forschungsverbund untersucht die Möglichkeiten zur Standardisierung und Normung multifunktionaler Photovoltaik-Solarthermie-Kollektoren. Ziel ist es, eine Prüfgrundlage zu entwickeln, damit innovative Produkte zukünftig die Sonnenenergie noch effizienter nutzen können. Neben dem Solarzentrum Allgäu und dem TÜV Rheinland sind auch die Fachhochschule Düsseldorf sowie das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE im Projekt tätig. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes sollen anschließend in die Arbeit der nationalen und internationalen Normungsgremien einfließen.

„Die aktuellen Sicherheitsvorschriften für Photovoltaik-Module sind nicht ausreichend, um das Zusammenspiel von elektrischen und wasserführenden Teilen, wie sie Wärmekollektoren besitzen, analysieren zu können“, erklärt Ulrich Fritzsche, Projektleiter beim TÜV Rheinland. Es gibt für Photovoltaik und Solarthermie verschiedene Normen für Bauartzertifizierungen. „Nun muss aber genau überprüft werden, welche Modifizierungen durch das Zusammenspiel beider Technologien hier erforderlich sind.“

Mehr Leistung durch Kühlung

PVT-Kollektoren gelten als neue Technologie, den Wirkungsgrad herkömmlicher Photovoltaik-Module zu erhöhen und bislang ungenutzte Wärme zu verwerten. Photovoltaik-Module verlieren mit zunehmender Temperatur der Solarzellen an Leistung. Die Wärme wird bei PVT-Kollektoren aktiv entzogen und zur Wärmeversorgung genutzt. Positiver Nebeneffekt: Die Zellen werden gekühlt.
Abgedeckte PVT-Kollektoren sind dabei zusätzlich mit einer Glasscheibe versehen, um die Wärme noch besser nutzen zu können. Dies führt zu wesentlich erhöhten Temperaturen, was sich wiederum auf die verwendeten Materialien und Komponenten auswirkt. Durch die Hitzeentwicklung bei Kollektoren mit geschlossener Glasscheibe wird beispielsweise die Elektrik stärker beansprucht.

Die Forscher definieren für diesen Zweck im Verlauf des Projektes eine Prüfprozedur und notwendige Kennwerte, um die Bauarten und die Leistungsfähigkeit von PVT-Kollektoren unter verschiedenen Betriebsbedingungen beschreiben zu können. So sollen Qualität und Sicherheit der Kollektoren verlässlich sichergestellt und damit die Rahmenbedingungen für die Einführung dieser Technologie verbessert werden.
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie fördert das Forschungsprojekt bis Herbst 2014.

Bauartzertifizierung von PV-Modulen

Beim TÜV Rheinland wird die Sicherheit, Leistungsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit, Qualität und Haltbarkeit von Solarsystemen getestet. Beispielsweise werden in einem sogenannten Sonnensimulator, einem Teststand von TÜV Rheinland, unter Laborbedingungen Photovoltaik-Module, Solar- oder PVT-Kollektoren mit Licht aus einem sonnenähnlichen Spektrum bestrahlt. Im Labor testen die Forscher auch, ob Kriechströme entstehen und die elektrische Sicherheit gewährleistet ist.
Entsprechend der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) hat sich in den vergangenen Jahren der Standard 61215 als Prüfzeichen für Photovoltaik-Module mit kristallinen Siliziumzellen durchgesetzt. Dieser betrachtet alle Einflussgrößen, die für die Alterung von Modulen verantwortlich sind. In der Zertifizierung wird zwischen Strahlungsbeanspruchung sowie zwischen thermischer und mechanischer Beanspruchung unterschieden.
2008 kam ein vergleichbarer Standard, IEC 61646, für Dünnschicht-Module hinzu, der deren besonderen Eigenschaften und das Degrationsverhalten aufgrund von Bestrahlungseinflüssen berücksichtigt.

Zweifacher Nutzen vom Dach

Die Forscher des Fraunhofer ISE entwickelten darüber hinaus einen PVT-Kollektor, der Solarwärme effizient erzeugen kann. Das BINE-Projektinfo (10/2012) „Solardächer doppelt nutzen“ stellt das Projekt im Detail vor.

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TÜV Rheinland Energy GmbH