25.10.2022 • Energie

Dachpfannen liefern Strom und Wärme

Prototyp ist von einem herkömmlichen Dachziegel kaum zu unterscheiden.

Hausbesitzer, die aus ästhetischen Gründen oder wegen des Denkmal­schutzes keine Solaranlage auf ihrem Dach installieren wollen oder dürfen, haben bald eine Alternative: Eine optimierte Solar­dachpfanne erzeugt elektrische sowie thermische Energie und ist optisch von einem herkömm­lichen Dachziegel kaum zu unterscheiden. Entwickelt wurde sie von der Firma Paxos Consulting & Engi­neering und zusammen mit der TH Köln optimiert. Den finalen Schritt Richtung Marktreife gingen die beiden Partner in einem gemeinsamen Forschungs­projekt.

Abb.: Strom und Wärme liefern diese optimierten Solardach­pfannen. (Bild: C....
Abb.: Strom und Wärme liefern diese optimierten Solardach­pfannen. (Bild: C. Belibasakis, TH Köln)

„Viele Dachflächen in Deutschland werden nicht zur Energie­erzeugung genutzt – dabei wäre dies ein wichtiger Baustein zum Gelingen der Energiewende. Wir möchten ein Angebot schaffen für den denkmal­geschützten Bestand und für Menschen, die wegen der Optik bisher auf Solar verzichtet haben. Dafür war die Koopera­tion mit der TH Köln entscheidend“, sagt Julian Münzberg, Projektleiter bei Paxos. Um den Prototypen für die Serien­fertigung weiter­zuentwickeln, wurde das Projekt „Solardach­pfanne.NRW – Dezentrale Strom‐ und Wärmeversorgung made in NRW“ ins Leben gerufen. Forschende der TH Köln aus den Bereichen Photovoltaik, Erneuerbare Energien, Leistungs­elektronik und Glasbau der TH Köln erprobten und optimierten das Produkt über mehr als drei Jahre. Unter anderem entstanden zwei Testflächen, um ein mit der Solardach­pfanne eingedecktes Dach und herkömmliche Solarmodule im Langzeitversuch zu vergleichen.

Vier Teilprojekte untersuchten dieses Design auf Temperatur­verhalten, Begehbarkeit, hohe Widerstands­fähigkeit gegenüber Umwelt­einflüssen sowie Erhöhung der Sicherheit. Darüber hinaus analysierte das Team etwa das verwendete Glas, um optische Verluste durch Reflexion oder Streuung zu minimieren und ermittelte eine optimale Kombination aus Solarzell- und Schindeltypen. Da die Solardach­pfannen nicht nur elektrische Energie, sondern auch ein hohes Maß an Wärme erzeugen, wurde auch eine Luft-Wärmepumpe installiert. Daher beschäftigte sich ein weiteres Teilprojekt mit der Verknüpfung beider Systeme, und konzipierte eine Betriebs­strategie.

Um mit der Gesamtanlage – also den in Serie geschalteten Solardachpfannen – auch bei Verschattung die maximale Leistung zu erzielen, wurde zudem ein Mikro­konverter entwickelt. „Durch die von uns vorgenommen Anpassungen an der eigentlichen Dachpfanne sind die physischen Eigenschaften und auch die Energie­ausbeute deutlich verbessert worden. Das System war damit bereit für den Dauereinsatz unter realen Bedingungen“, sagt Projektleiter Christian Dick. In dem bisherigen achtmonatigen Leistungstest unter realen Bedingungen zwischen März und Oktober 2022 zeigte die Anlage vergleichbare Werte in der elektrischen Leistungs­fähigkeit wie eine Referenz­anlage mit konventionellen, auf Ständern montierten Solarmodulen. „In der Solardach­pfanne wurde ein Luftkanal zur Kühlung der Solarzellen integriert, welcher den Arbeitspunkt verbessert, so wie die Hinterlüftung bei herkömm­lichen Systemen. Unsere Daten zeigen, dass entsprechend vergleichbare elektrische Leistungs­fähigkeiten zu erwarten sind“, erläutert Dick.

Da aus dem eingebauten Luftkanal vorgewärmte Luft strömt, testet das Forschungsteam eine angekoppelte Luft-Wärmepumpe, die diese Luft als Vorlauf verwendet. Erste Daten zeigen eine Erhöhung der Leistungs­zahl in Abhängigkeit vom Wärmebedarf und den vorherrschenden Wetter­bedingungen um etwa ein Viertel. Aus diesen Ergebnissen lässt sich ableiten, dass die Solardachpfanne auch einen Beitrag zur Wärme­versorgung im Gebäude leisten kann und dadurch der Gesamt­wirkungsgrad der Anlage gesteigert wird. Das Unternehmen Paxos hat die im Zusammenhang mit der Solardach­pfanne eingereichten Patente an einen Hersteller von Solarsystemen verkauft. Dieser wird nun die Serien­herstellung übernehmen.

TH Köln / JOL

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