Forschungs- und Optimierungsprojekt von TH Köln und paXos
Hausbesitzer, die aus ästhetischen oder Denkmalschutz-Gründen keine Solaranlage auf ihrem Dach installieren wollen oder dürfen, haben bald eine Alternative: Optimierte Solardachpfannen erzeugen elektrische und/oder thermische Energie und ist optisch von einem herkömmlichen Dachziegel kaum zu unterscheiden. Entwickelt wurde sie von der Firma paXos Consulting & Engineering GmbH & Co. KG und zusammen mit der Technischen Hochschule Köln optimiert. Den finalen Schritt Richtung Marktreife gingen die beiden Partner in einem gemeinsamen Forschungsprojekt.
Klassisches PV-Modul – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify
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.
Der neue Solarflachziegel von paXos bietet die Optik des in den USA hauptsächlich verwendeten Asphalt Roof Shingles, jedoch in Kombination mit der Nutzung von PV und Solarthermie. Durch die geringen Produktmaße können Dachflächen individuell und partiell eingedeckt werden – auch ganze Dächer sind möglich. Eine Doppeleindeckung entfällt hierbei komplett. Die Montage und einzelne Demontage erfolgt über ein Federstahlblech, welches gleichzeitig als Leiter für den Potentialausgleich dient. Die ersten funktionstüchtigen Prototypen des Solarflachziegels werden im Mai auf der Messe Intersolar in München in Form einer Musterdachfläche präsentiert.
Prototyp verbessert
Vier Teilprojekte an der TH Köln 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 Microkonverter 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 Prof. Christian Dick, Projektleiter an der TH Köln.
Multifunktionale Dachpfannen bestehen Praxistest
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.
Die paXos Consulting & Engineering GmbH & Co. KG hat die im Zusammenhang mit der Solardachpfanne eingereichten Patente an den Hersteller von Solarsystemen Meyer-Burger verkauft. Dieser wird die Serienherstellung übernehmen.
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