Statt Single-Solaranlage: Neuartige Solar-Dachpfannen liefern Strom und Wärme

© Paul Seeger / paXos

Köln – Ob aus ästhetischen Gründen oder wegen des Denkmalschutzes, in manchen Anwendungsfällten wollen Hausbesitzer/innen eine Alternative zu normalen Solaranlagen. Die Firma Paxos Consulting & Engineering GmbH & Co. KG hat zusammen mit der TH Köln eine optimierte Solardachpfanne für Strom und Wärme entwickelt.

Die kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung mittels unauffälliger Dachziegeln wollen die Firma Paxos und die TH Köln zur Serienreife bringen. Den finalen Schritt gingen die beiden Partner in einem gemeinsamen Forschungsprojekt.

Solardachpfanne: Prototypen für die Serienfertigung
„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.

Optimierung des Prototypen erfolgreich
Das technische Grundprinzip basiert auf einem in die Solardachpfanne integrierten Luftkanal, der die Solarzelle kühlt und den Arbeitspunkt verbessert. Gleichzeitig dient die so vorgewärmte Vorlauf-Luft als Eingang für die angekoppelte Luft-Wärmepumpe. An der TH Köln untersuchten Forschende das bisherige 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.

In einem weiteren Teilprojekt wurde eine ganzheitliche Betriebsstrategie konzipiert. Um mit der Gesamtanlage – also den in Serie geschalteten Solardachpfannen – auch bei Verschattung die maximale Leistung zu erzielen, wurde zusätzlich 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. Dr. Christian Dick, Projektleiter an der TH Köln.

Erfolgreicher Praxistest – Serienfertigung an Hersteller von Solarsystemen verkauft
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. Auch die Nutzung der in den eingebauten Luftkanälen entstehenden Wärme mittels Luft-Wärmepumpe wurde geprüft. 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, so die Technische Hochschule Köln.

Die Paxos Consulting & Engineering GmbH & Co. KG hat die im Zusammenhang mit der Solardachpfanne eingereichten Patente an einen Hersteller von Solarsystemen verkauft. Dieser wird nun die Serienherstellung übernehmen.