26.10.22 | Aktualisiert am: 27.10.2022

Die Forschungsprojekte integraTE und PVTsolutions wollen die Verbreitung von PVT-Kollektoren und PVT-Gebäudeenergiesystemen im Markt erhöhen. Zehn best-practice-Beispiele zeigen die verbesserte Energieeffizienz und gezielte Marketingmaßnahmen adressieren die unterschiedlichen Zielgruppen.

Mit einer Umfrage hat das Forscherteam von integraTE den Status quo der aktuell verfügbaren und eingesetzten PVT-Wärmepum­pen-Systeme in Deutschland ermittelt. Sie erfassten Zahl, Fläche und Leistung der bisher installierten photovoltaisch-thermischen Kollektoren (PVT-Kollektoren). Das Forschungsprojekt will PVT-Kollektoren im Gebäudesektor bekannter machen und ihr Potenzial am Markt weiter ausbauen. Im Forschungsprojekt PVTsolutions entwickeln die Forschenden wirtschaftliche und effiziente PVT-Gesamtlösungen.

Wie ein PVT-Kollektor funktioniert und warum er Wärmepumpen effizienter macht

©IntegraTE
PVT-Kollektoren nutzen 60 bis 70 Prozent der auftreffenden Sonnenenergie und stellen diese in Form von Wärme und Strom der Wärmepumpe zur Verfügung.

Zukünftig kann die PVT-Technologie eine wichtige Rolle im urbanen Raum mit geringen Flächen und großem Energiebedarf einnehmen. PVT-Kollektoren sind quasi Solar-Hybridkollektoren. Denn sie wandeln Sonnenenergie sowohl in Strom als auch in Wärme um: Hinter dem PV-Modul ist ein Rohrregister montiert, durch das ein Wärmeträger fließt. Dieser thermische Absorber nimmt die Abwärme der Photovoltaik-Module und die Umgebungswärme auf und macht sie für die Wärmepumpe als Wärmequelle verfügbar. PVT-Kollektoren nutzen 60 bis 70 Prozent der auftreffenden Sonnenenergie. Im Vergleich: PV-Module alleine können meist nur 12 bis 20 Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie nutzen. Bisher kamen fast ausschließlich entweder Erdwärme oder Außenluft als Wärmequelle für Wärmepumpen im Gebäude in Frage. Gerade im Sanierungsbereich können diese beiden Wärmequellen aber oft nicht erschlossen werden. Mit PVT-Kollektoren können auch ältere Gebäude dennoch mit einer Wärmepumpenheizungsanlage ausgestattet werden.

PVT-Solutions: Verbesserter PVT-Absorber

Im Forschungsprojekt PVTsolutions, das im Mai 2022 abgeschlossen wurde, haben die Forschenden an einem optimierten PVT-Absorber gearbeitet. Herausforderungen waren dabei Fügetechnik und Materialauswahl. Diese Faktoren sind wichtig, um einen guten Wärmeübergang von den Solarzellen ins Fluid zu erreichen. Denn ein guter Wärmeübergang ist für einen hohen Wirkungsgrad von zentraler Bedeutung. Basierend auf dieser Technologie haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterschiedliche Kollektorkonzepte entwickelt, die für verschiedene Temperaturniveaus geeignet sind und damit unterschiedliche Anwendungen und Märkte adressieren:

Auf einer Pilotfertigungslinie produzierten sie unabgedeckte PVT-Kollektoren. Diese sind teilweise mit einem Luftwärmeübertrager in Form von Alulamellen auf der Rückseite des Absorbers ausgestattet. Auf diese Weise ist es möglich, auch ohne Solarstrahlung Quellwärme für eine Wärmepumpe bereitzustellen.

Mit den ebenfalls produzierten, abgedeckten PVT-Kollektoren konnte gezeigt werden, dass gerade im Sommer und der Übergangszeit eine direkte Speicherbeladung (ohne Wärmepumpe) und mit guter Kollektoreffizienz möglich ist. Diese kann einen relevanten Anteil des Jahres-Wärmebedarfs abdecken. Kombiniert man diese Funktion mit einer Wärmepumpe, können die PVT-Kollektorjahreserträge nochmals deutlich steigen. Die Forschenden konnten in jeweils einer Demonstrationsanlage zeigen, dass beide PVT-Systemansätze auch in der Praxis funktionieren.

integraTE: Zehn Gebäude mit PVT-Technologie im Praxistest

Im Forschungsprojekt integraTE hat das Wissenschaftsteam als Basis für die Umfrage zur PVT-Technologie die am Markt verfügbaren PVT-Systemkonzepte klassifiziert und zehn Anlagen von ausgewählten Gebäuden messtechnisch untersucht. Dazu gehören etwa Einfamilienhäuser, Mehrfamilienhäuser sowie ein Bürogebäude. Alle Dächer dieser Gebäude tragen PVT-Kollektoren.

Die Solar-Hybridkollektoren der Einfamilienhäuser können über das Jahr bis zu viermal so viel Energie für Wärme und Strom liefern wie eine Photovoltaikanlage mit der gleichen Fläche. Auch im sanierten Mehrfamilienhaus verbessert das PVT-Wärmepumpen-System die Energiebilanz des Gebäudes: Das Heizsystem verknüpft eine regenerative Wärmepum­pentechnologie mit einer Gas-Brennwerttherme, die sich nur einschaltet, wenn die Temperatur der Solar­wärme vom Dach weniger als minus fünf Grad Celsius beträgt. Ansonsten wird das Mehr­familienhaus über eine mit PVT-Kollektoren gekoppelten Wärmepumpe für Warmwasser und Heizung versorgt. Im Bürogebäude in Passivhausbauweise werden die PVT in der Nacht sogar zum Kühlen des Gebäudes genutzt.

Bekanntheitsgrad der PVT-Technologie steigern

Insgesamt gibt es in integraTE zehn Demonstrationsanlagen, die Messwerte liefern. Die Forschenden erstellen im Projekt auch praxistaugliche Planungs- und Auslegungswerkzeuge die eine vereinfachte Dimensionierung und Bewertung der komplexen Anlagen ermöglichen und die Marktdurchdringung der PVT-Technologie beschleunigen sollen. Geplant ist, die Auswertung zu automatisieren und im Internet zu visualisieren. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bewerten die Anlagen bezüglich CO2-Einsparung, Energieeffizienz und Wärmegeste­hungskosten, um sie mit alternativen Energieversor­gungssystemen vergleichen zu können. Auch können die bestehenden Anlagen so im laufenden Betrieb optimiert werden.

Das Wissenschaftlerteam von integraTE führt darüber hinaus umfangreiche und zielgruppenspezifische Marketingmaßnahmen für die Akteure aus der gesamten Wertschöpfungskette als auch die Endkunden durch. Dazu zählen neben den Demonstrationsprojekten und der Onlinepräsentation der Messergebnisse der untersuchten Anlagen etwa Internetauftritte, Videos, Social Media Campaigns, Webinare, Veranstaltungen, Beiträge in Newslettern von Verbänden oder Artikel in Fachzeitschriften. Je drei wissenschaftliche Einrichtungen und Verbände sowie fünfzehn Industrieunternehmen sind aktuell Projektpartner in IntegraTE. (az)

Kontakt

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
Gunther Munz
https://www.ise.fraunhofer.de/

Universität Stuttgart
Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung
https://www.igte.uni-stuttgart.de/

Institut für Solarenergieforschung Hameln ISFH
https://isfh.de/

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zum Projekt IntegraTE.
Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zum Projekt PVT-Solutions.
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