Live aus dem Kloster Banz: Am Nachmittag standen bei der BIPV-Tagung besondere Leichtbausysteme und PVT-Module auf der Tagesordnung. Sie erzeugen Strom und Wärme zugleich – und können sogar ein Gebäude kühlen.
Der zweite Teil des 7. Forums Bauwerkintegrierte Photovoltaik hielt einige interessante Entwicklungspfade für die kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme aus der Sonnenenergie bereit. So referierte Nansi Palla von der Hochschule für Technik über optimierte PVT-Systeme, um Gebäude tagsüber zu heizen, nachts zu kühlen und zugleich Strom zu erzeugen. Die Hochschule hat einen eigenen Teststand für PVT-Kollektoren aufgebaut und gemeinsam mit Partnern aus der Industrie fünf eigene Prototypen entwickelt.
Diese Prototypen werden derzeit getestet, erste Ergebnisse liegen vor. „Wir sehen die Vorteile der PVT-Systeme nicht nur darin, Sonnenstrom und warmes Wasser zu erzeugen“, betonte Nansi Palla. „Durch die nächtliche Wärmeabstrahlung gegen den kühlen Himmel können sie auch kühlend wirken.“ Damit eignen sich die PVT-Module sowohl als Wärmequelle als auch als Wärmesenke für Wärmepumpen.
Wärme und Kühlung stehen im Widerspruch
Allerdings stehen Wärmeerzeugung und Kühlfunktion im Widerspruch. Das wird vor allem in Regionen deutlich, die einen sehr hohen und übers Jahr durchgängigen Kühlbedarf haben, etwa in tropischen Regionen Asiens oder in den heißen Wüsten Arabiens. „Dann stellt sich natürlich die Frage, was man mit der Wärme macht, die tagsüber anfällt“, meinte Palla.
In gemäßigten Zonen wie in Stuttgart oder in Moskau mit überschaubarem Kühlbedarf hingegen sei ein guter Kompromiss möglich. Dabei favorisieren die Stuttgarter Forscher einen Prototypen, bei dem der vollflächig durchströmte Kunststoffkollektor einfach unter das Photovoltaikmodul geklemmt wird.
Am besten ist es, die PVT-Module ins Dach zu integrieren, weil dann die nächtliche Wärmeabstrahlung am höchsten ist. Nalla schränkte ein: „Werden sie in der Fassade verbaut, halbiert sich die Kühlwirkung, weil die Fassade vergleichsweise ungünstig zum Himmel steht.“
Kristalline Laminate auf Wabenkern geklebt
Einen anderen Weg gehen Wissenschaftler am Institut für angewandte Bauforschung (IAB) in Weimar. Auch sie haben sich mit Partnern aus der Industrie verbündet, um multifunktionale Bauteile für solare Fassaden und Dächer zu entwickeln, vor allem für die gewerbliche Anwendung. Ingrid Lützkendorf vom IAB stellte den Prototypen eines Photovoltaikmoduls vor, das auf einen Wabenkern aus Aluminium aufgeklebt ist.
Vorbild ist die Bienenwabe, deren sechsseitige Waben sehr steife Konstruktionen erlauben. Wabenkerne werden auch im Flugzeugbau verwendet, wo es auf leichte und doch belastbare Paneele ankommt. Beispielsweise sind die Fußbodenplatten im Airbus und bei Boeing aus Papierwabensandwiches gefertigt, die nach oben und unten mit Deckplatten aus Glasfaser oder Kohlefaser abschließen.
In Weimar wurde das Photovoltaiklaminat auf einen fünf bis zehn Zentimeter hohen Wabenkern geklebt, der zugleich als Solarluftkollektor fungiert. Dazu wurden die Wandungen der Aluwaben mit zahlreichen Bohrungen versehen. „Wir haben auch untersucht, wie sich die elektrische und thermische Leistung verändert, wenn man einen fluidgeführten Rohrmäander in die Metallwabe einpresst.“
25 Prozent mehr Stromertrag aus dem Prototypen
Das IAB hat bislang einen Prototypen (ein mal drei Meter Fläche), der 155 Watt Sonnenstrom je Quadratmeter leistet. Die thermische Leistung beträgt zwischen 540 Watt und 920 Watt je Quadratmeter, je nach Vorlauftemperatur im Mäander.
Allerdings haben die Thüringer Wissenschaftler einen interessanten Effekt erzielt: Die Temperatur in den polykristallinen Zellen war nie höher als 30 Grad Celsius. Dadurch stieg der elektrische Wirkungsgrad gegenüber ungekühlten Modulen um 25 Prozent. Normale, wassergeführte PVT-Module schaffen höchstens zehn Prozent mehr.
Kürzlich hatte der Modulhersteller Hörmann Novo Solar aus dem sächsischen Laubusch sehr leichte Solarlaminate auf Glasfasersubstraten vorgestellt (siehe photovoltaik, Ausgabe Februar 2015). Damit solche Module verwindungssteif werden, könnte man sie auf Aluwaben oder auf harzgetränkten Papierwaben aufkleben. (Heiko Schwarzburger)
