SolarHybrid – Entwicklung und Evaluation eines nicht abgedeckten, modularen photovoltaisch-thermischen Kollektors basierend auf einem Montagesystem mit Integralbauweise

Ansprechpartner
Dr.-Ing. Federico Giovannetti
Tel.: +49 (0)5151-999 501
E-Mail: giovannetti@isfh.de

Anordnung der BIPV(T)-Versuchanlage

Optimierung der Neuentwicklung durch numerische Modellierung

Photovoltaisch-thermische (PVT) Kollektoren ermöglichen eine effiziente Flächennutzung durch die simultane Umwandlung von Solarstrahlung in Nutzwärme und elektrischen Strom. Zusätzlich bieten Hybridkollektoren den Vorteil eines einheitlichen architektonischen Erscheinungsbilds. Bei der Optimierung eines neuartigen dachintegrierten, nicht abgedeckten PVT-Kollektors am ISFH sind diese Aspekte wesentlich. Der flüssigkeitsdurchströmte Wärmeübertrager aus Strangguss-Aluminium bildet zugleich das selbsttragende Montagesystem für die PV-Module und zusammen mit kristallinen oder Dünnschichtmodulen die Dachhaut. Die Fluidkanäle werden direkt in das Profil integriert. Dadurch wird der Aufbau vereinfacht und eine geringe Anzahl an Bauteilen benötigt. Zudem werden die Module ohne den Einsatz von Klebstoffen auf die Aluminiumprofile geklemmt. Dies vereinfacht die Montage, erhöht die Gebrauchstauglichkeit des Systems und senkt die Energiegestehungskosten. Der Kollektor wird in Zusammenarbeit mit dem Architektur- und Planungsbüro Grobe Passivhaus GmbH und dem Hersteller und Entwickler Elodrive GmbH hinsichtlich Wärmetransport und Montage-freundlichkeit optimiert.

Auf dem Testdach des ISFH installierten wir einen 20 m² Prototyp (davon 14 m² PVT) für Leistungsmessungen und Untersuchungen zur Gebrauchstauglichkeit. Abbildung 1 zeigt den PVT-Prototyp auf dem eigens für praxisnahe Messergebnisse vorbereitetem Holzunterbau. Die Anlage ist an ein Wärmepumpensystem angeschlossen und wird mit einem 30 % Ethylenglykol-Gemisch betrieben, damit auch praxisrelevante, d.h. niedrige Temperaturen eingestellt werden können. Neben der für Leistungsmessungen obligatorischen Sensorik wurden zahlreiche Temperatursensoren am System sowie Messtechnik für die Aufzeichnung von elektrischen Stringspannungen und -strömen installiert.

Mithilfe numerischer Modellierung wird sowohl das Stranggussprofil weitestgehend für den Wärmetransport optimiert als auch die am installierten Prototyp vorherrschende thermische Anbindung zwischen PV-Zellen und Wärmeübertrager eingeordnet. Die klebefreie Verbindung zeigt aufgrund von geringen Lufteinschlüssen in Messungen und Simulationen eine beinahe optimale thermische Kontaktierung und gegenüber verfügbaren PVT-Kollektoren hohe thermische Wirkungsgrade.

Industriepartner

Laufzeit

01.04.2015 – 14.09.2017

Förderung

Das Projekt ‚Modularer Solarhybridkollektor für Niedertemperatur und Wärmepumpenanwendungen basierend auf einem universellen Montagesystem (Kurzname: Modultech – Solarhybrid)‘ (FKZ 16KN041920) wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

ZIM Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand