.

Schematischer Aufbau des optimierten verglasten PVT-Kollektors.
© Fraunhofer ISE

Hausenergiesystem mit der Kombination von PVT-Kollektor und Wärmepumpe.
© ISFH

Exergieertrag eines verglasten PVT-Kollektors in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur.
© Fraunhofer ISE
2 / 3

Technologisch optimierter Hybridkollektor

Bisherige Systeme, bei denen das PV-Modul festgeklebt auf einem Solar-Absorber in einem verglasten Kollektorgehäuse sitzt, erreichten keine zufriedenstellende Leistung. Die zusätzliche Glasscheibe bewirkt höhere Zelltemperaturen – das schränkt den Stromertrag ein. Außerdem vermindert sich der Solarwärme-Ertrag, weil der Wärmeübergang von der Zelle zur Wärmeträgerflüssigkeit schlecht ist, und weil eine selektive Beschichtung des Absorbers fehlt, geht Wärme verloren.

Mit einem neu aufgebauten PVT-Kollektor konnten Forscher des Fraunhofer ISE nun die optischen Verluste reduzieren und die Wärmeleitung und damit den Wirkungsgrad deutlich steigern: Kristalline Solarzellen werden mit einer Ethyl-Vinyl-Acetat (EVA)-Folie direkt auf den Metallabsorber laminiert. Der Kollektor ist mit einer beidseitig antireflexbeschichteten Glasscheibe versehen, das erhöht die Transmission. Eine Polymerfolie mit angepasstem Brechungsindex deckt den Modul-Absorber-Verbund ab und reduziert die Reflexion (siehe Abbildung). Der neue Kollektor entstand im Rahmen des Projekts „PVTcol“ in Zusammenarbeit mit der Industrie. In einem von der DBU geförderten Folgeprojekt „PVTmax“ arbeiten die Forscher daran, den thermischen Wirkungsgrad weiter zu steigern und eine Zerstörung des PV-Laminats aufgrund höherer Stillstandstemperaturen zu verhindern.

Pilotanlage Dreieich mit PVT-Kollektor, Erdsondenwärmespeicher und Wärmepumpe

In einem vom BMU geförderten Projekt untersuchte das ISFH ein neues Wärmeversorgungssystem mit Wärmepumpe und Erdsonde. Bei dieser Kombination wird das unabgedeckte PV-Modul gekühlt, der elektrische Wirkungsgrad verbessert sich (um 10% bei Kühlung von 60 auf 40°C), die überschüssige Solarwärme aus dem Kollektor wird über die Erdsonde abgeleitet und gespeichert. Für die Wärmepumpe ergibt sich durch eine um 10 K höhere Temperatur der Wärmequelle eine Steigerung der Wärmepumpen-arbeitszahl um ca. 1,5. Das System gewinnt also durch höhere Erträge im PV-Bereich und durch Einsparungen bei der Wärmepumpe. Mit diesem innovativen Energiekonzept erreicht eine Pilotanlage im hessischen Dreieich (siehe Abbildung) eine vollständige solare Deckung des Energiebedarfs. In der für ein größeres Wohnhaus konzipierten Anlage stehen einander zum Leistungsvergleich Felder mit und ohne Kühlung gegenüber. Das 280 m2-Einfamilienhaus mit Flächenheizung ist ausgestattet mit 39 m² PVT-Kollektorfläche, zwei PV-Referenzmodulen ohne Kühlung (= 3,2 m2) sowie einer 12 kW Wärmepumpe, verbunden mit drei 75 m-Erdwärmesonden.

In den zwei gemessenen Betriebsjahren kam die Wärmepumpe auf eine sehr gute Arbeitszahl von 4,2 bezogen auf den Verbraucherwärmestrom unter Berücksichtigung der Speicherverluste und des Pumpenstromverbrauchs. Pro Jahr und m2 produzierten die Kollektoren einen thermischen Ertrag von etwa 450 kWh. Mit den Solarwärme-Erträgen im Sommer regeneriert der PVT-Kollektor die Wärmequelle. Berechnungen auf Grundlage von Messungen und Simulationen ergaben, dass diese Regeneration das langfristige Auskühlen der Erdsonden verhindert und die Temperatur T*WP im Mittel um 4,3 K erhöht. Die Forscher konnten ein sehr genaues Modell der Wärmequelle aus Erdwärmesonde und PVT- Kollektor simulieren. Vergleichsmessungen über zwei Jahre ergaben: Das Kombi-System liefert einen um 4% höheren PV-Ertrag – in besonderen Einbausituationen bzw. unter anderen klimatischen Bedingungen sind bis zu 10% möglich. Für die Wärmepumpen-Nutzung ergibt sich eine Stromeinsparung von 10%.

Pilotanlage Kümmersbruck produziert Strom und heizt Hallenbad

Bei dieser PVT-Anlage heizt die Wärme der Photovoltaikmodule über ein spezielles Absorbersystem Luft für ein Hallenbad im bayerischen Kümmersbruck. Die Anlage wurde entwickelt von der Hochschule Amberg-Weiden und der Firma Grammer Solar und vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie gefördert. Sie liefert mit ca. 130 m2 Photovoltaik-Modulfläche eine elektrische Leistung von ca. 16 kWpeak. Sie wird rückseitig über einen Luftstrom gekühlt, die Abwärme von ca. 50 kWpeak reduziert den Lüftungswärmebedarf der Schwimmhalle. Der PV-Energieertrag war um über 5 % höher als der einer nicht gekühlten Vergleichsanlage. Die Anlage ist so ausgelegt, dass sie am Optimum der Photovoltaik betrieben wird, nicht am Optimum der Solarthermie. Solche Hybridkollektoren können große Luftmengen auf relativ niedrigem Temperaturniveau liefern. Am günstigsten ist es, wenn sie über das ganze Jahr Abnehmer wie Trocknungsanlagen und Schwimmhallen versorgen oder bei Prozesswärme-Anlagen Luft vorwärmen.

Projektinfo 10/2012:
2 / 3

Merkzettel

BINE-Abo

Publikation abonnieren

Adressen

Projekt BiSolar-WP
ISFH GmbH

Projekt BiSolar-WP
GEFGA Energiesysteme GmbH

Projekt PVTcol
Fraunhofer ISE

Pilotanlage Kümmersbruck
Hochschule Amberg-Weiden, IfE GmbH

Pilotanlage Kümmersbruck
Grammer Solar GmbH

Service

BINE-Projektinfo 10/2012
(PDF, 4 Seiten, 1,22 MB)

Links

Forschungsjahrbuch Erneuerbare Energien 2012
Webdownload des Forschungsjahrbuches vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.