PVT-E Hybrid-Photovoltaik-Thermisches Modul

1. Produktübersicht

Solarthermische Kollektoren und Photovoltaikmodule (PV-Module) sind derzeit die beiden wichtigsten gebäudeintegrierten Solartechnologien, die den globalen Wandel hin zu klimaneutralen Gebäuden unterstützen. Traditionell liefert jedoch jede dieser Technologien nur eine einzige Energieform: Photovoltaikmodule erzeugen Strom, während solarthermische Kollektoren Wärme bereitstellen. Keine der beiden Technologien allein ist in der Lage, den integrierten Bedarf moderner Gebäude an Strom, Heizung, Kühlung und Warmwasser gleichzeitig zu decken. Diese strukturelle Einschränkung führt sowohl zu einer suboptimalen Energienutzung als auch zu einer ineffizienten Nutzung der verfügbaren Gebäudeflächen.

Die PVT-Hybridtechnologie (Photovoltaik-Thermal) stellt eine systematische Lösung für dieses Problem dar. Durch die Kombination von Photovoltaik- und Solarthermiefunktionen in einem einzigen integrierten Modul ermöglicht die PVT-Technologie die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme aus derselben Sonneneinstrahlung. So lässt sich das volle Energiepotenzial des Sonnenspektrums effizienter nutzen und die einfallende Sonnenstrahlung in elektrische und thermische Energie umwandeln – mit deutlich höherem Gesamtwirkungsgrad des Systems.

Das PVT-E-Hybridmodul ist ein fortschrittliches Energiewandlungsprodukt, das Sonnenstrahlung in nutzbare elektrische und thermische Energie in einem einzigen Bauteil umwandelt. Seine Kerninnovation liegt in der direkten Ankopplung eines Wärmerückgewinnungssystems an die Rückseite des Photovoltaikmoduls über eine integrierte Wärmeabfuhrstruktur. Diese Konfiguration ermöglicht die Rückgewinnung und Wiederverwendung der bei der photovoltaischen Umwandlung entstehenden Abwärme, anstatt sie an die Umgebung abzugeben.

Die thermischen und elektrischen Teilsysteme sind nicht einfach mechanisch kombiniert, sondern entsprechend ihren jeweiligen Betriebstemperaturbereichen und Energieumwandlungseigenschaften gemeinsam ausgelegt. Durch diese abgestimmte thermisch-elektrische Systemauslegung ermöglicht das PVT-E-Modul einen stabilen und effizienten Betrieb beider Funktionen unter dynamischen Außenbedingungen. Dieser abgestimmte Betrieb minimiert interne Energieverluste, stabilisiert die Betriebstemperatur der Photovoltaikanlage und verbessert die Gesamtausnutzung der Sonneneinstrahlung deutlich.

Im Vergleich zu herkömmlichen Photovoltaikmodulen steigert das PVT-E-Modul die kombinierte elektrische und thermische Energieausbeute pro Flächeneinheit um das Zwei- bis Dreifache. Dadurch eignet es sich für ein breites Anwendungsspektrum in Gebäuden und Infrastrukturen, darunter Raumheizung, Warmwasserbereitung und die Deckung des industriellen Wärmebedarfs bei niedrigen Temperaturen. Durch den Ersatz konventioneller, auf fossilen Brennstoffen basierender Energiequellen trägt das PVT-E-Modul direkt zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen bei und unterstützt die langfristige Dekarbonisierung des Gebäudesektors.

2. Produktvorteile

(1) Effizienzvorteil

Das PVT-E-Modul erzielt eine deutlich höhere Gesamtenergieeffizienz als Photovoltaikmodule oder Solarthermiekollektoren im Einzelbetrieb. Durch die Integration der Wärmerückgewinnung in die Stromerzeugung erreicht das System einen kombinierten Wirkungsgrad der Solarenergienutzung von bis zu 80 %.

Die Leistung von Photovoltaikzellen wird maßgeblich von der Betriebstemperatur beeinflusst. Bei kristallinen Silizium-Solarzellen reduziert jede Erhöhung der Zelltemperatur um 1 °C typischerweise den elektrischen Wirkungsgrad um etwa 0,3–0,5 %. Das PVT-E-Modul führt den Photovoltaikzellen aktiv Wärme von der Rückseite ab, hält die Zelltemperatur im optimalen Bereich und stabilisiert und steigert so die elektrische Leistung bei gleichzeitiger Erzeugung nutzbarer Wärmeenergie.

Dieser doppelte Nutzen – verbesserte elektrische Leistung und zurückgewonnene Wärmeleistung – führt zu einem synergistischen Effizienzgewinn, der mit getrennten PV- und thermischen Systemen nicht erreicht werden kann.

(2) Vorteil bei der Raumausnutzung

In dicht bebauten Stadtgebieten und modernen Gebäuden sind die verfügbaren Dach- und Fassadenflächen oft begrenzt. Das PVT-E-Modul erzeugt sowohl Strom als auch Wärme aus derselben Fläche und verdoppelt so effektiv die nutzbare Energieausbeute pro Quadratmeter.

Im Vergleich zur herkömmlichen Methode der Installation separater Photovoltaikmodule und Solarthermiekollektoren reduziert das PVT-E-System die benötigte Installationsfläche um etwa 50 % und ermöglicht so eine höhere Energiedichte auf Dächern und Gebäudehüllen, ohne die bauliche Grundfläche zu vergrößern.

(3) Umweltvorteil

Das PVT-E-System arbeitet im Betrieb ohne direkte Kohlendioxidemissionen. Es versorgt Gebäude und industrielle Prozesse mit erneuerbarem Strom und erneuerbarer Wärme und ersetzt damit direkt fossile Energieträger wie Kohle, Öl und Erdgas.

Durch die Bereitstellung beider Energieformen aus einer einzigen erneuerbaren Quelle trägt das PVT-E-Modul wesentlich zur Reduzierung der betrieblichen Kohlenstoffemissionen bei und unterstützt langfristige Klimaschutzziele sowohl im Gebäude- als auch im Industriesektor.

(4) Wirtschaftlicher Vorteil

Die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme schafft aus einer einzigen Investition zwei parallele Wertschöpfungsströme. Die Nutzer profitieren gleichzeitig von geringeren Stromkosten und einem reduzierten Brennstoffverbrauch für die Heizung.

Durch die Aufrechterhaltung niedrigerer Betriebstemperaturen für die Photovoltaikzellen reduziert das System zudem die thermische Belastung der Verkapselungsmaterialien und elektrischen Bauteile, verlängert die Lebensdauer der Module und senkt die Wartungskosten über den gesamten Lebenszyklus. Dies führt zu einer verbesserten langfristigen Wirtschaftlichkeit und einer höheren Kapitalrendite im Vergleich zu herkömmlichen Solarlösungen.

3. Kernindikatoren für die technische Leistungsfähigkeit

(1) Thermoelektrische Kopplung zur optimalen Energienutzung

Das PVT-E-Modul nutzt eine fortschrittliche thermisch-elektrische Kopplungstechnologie, um Wärme und Strom aus einer einzigen Komponente zu liefern. Bei der photovoltaischen Umwandlung wird ein erheblicher Teil der absorbierten Sonnenstrahlung in Wärme umgewandelt. Diese Wärme wird aktiv über das integrierte thermische Subsystem aufgenommen und von der Photovoltaikschicht abgeführt.

Durch die Kontrolle der Oberflächentemperatur der Photovoltaikzellen im optimalen Effizienzbereich von 25–45 °C erzielt das System eine hohe elektrische Leistung bei gleichzeitiger Rückgewinnung von Wärmeenergie für den Gebäudegebrauch. Dadurch übersteigt der Gesamtwirkungsgrad der Solarenergienutzung 80 %.

(2) Temperaturregelung für Langlebigkeit und Zuverlässigkeit

Hohe Betriebstemperaturen beschleunigen die Alterung von Verkapselungsmaterialien und elektrischer Isolierung und erhöhen das Risiko der Bildung von Hotspots, die Photovoltaikzellen beschädigen können. Das aktive Wärmemanagement des PVT-E-Systems reduziert die thermische Belastung, verlangsamt den Materialabbau und mindert das Hotspot-Risiko.

Das System verlängert somit nicht nur die Lebensdauer des Moduls, sondern erhöht auch die kumulative Stromerzeugung über die gesamte Lebensdauer des Moduls um mehr als 16 % im Vergleich zu herkömmlichen PV-Systemen, die bei höheren Temperaturen arbeiten.

(3) Fortschrittliche Vakuumlaminierungs- und Wärmehärtungstechnologie

Das PVT-E-Modul überwindet die zentralen Herausforderungen der Vakuumlaminierung und der thermischen Aushärtung bei der Herstellung von Hybridmodulen. Durch optimierte Vakuumlaminierungs- und Wärmehärtungsprozesse erreicht das System eine fehlerfreie strukturelle Integration zwischen Photovoltaik- und Wärmeschichten.

Durch dieses Verfahren werden Mikrorisse, Luftblasen und Delaminierungsdefekte beseitigt, was zu einer stabilen Langzeitleistung, erhöhter struktureller Zuverlässigkeit und dauerhafter thermisch-elektrischer Effizienz während des gesamten Produktlebenszyklus führt.

4. Technologische Innovationen und Durchbrüche

(1) Hocheffiziente Energieumwandlung und duale Optimierung

Durch die Untersuchung photovoltaisch-thermischer Kopplungsmechanismen und die Entwicklung transienter Kopplungsmodelle ermöglicht das System die präzise Steuerung der Arbeitsmediumparameter mittels PID-Regelung. Dadurch wird das Modul im optimalen Temperaturbereich gehalten, wodurch ein elektrischer Wirkungsgrad von 22,4 % und ein thermischer Wirkungsgrad von über 35 % erreicht werden. Die gesamte Solarenergieausnutzung wird somit um mehr als das Dreifache gegenüber herkömmlichen Systemen gesteigert.

(2) Integration spektralselektiver Beschichtungen

Das System verwendet mehrlagige spektralselektive Beschichtungen, die durch kombinierte PVD- und CVD-Verfahren hergestellt werden. Diese Beschichtungen ermöglichen die Nutzung des gesamten Sonnenspektrums, optimieren die Absorption und den Wirkungsgrad über einen weiten Wellenlängenbereich und maximieren die optische Energieausbeute.

(3) Hocheffiziente Wärmeübertragungs-Kopplungstechnologie

Fortschrittliche Fügeverfahren bewältigen Herausforderungen hinsichtlich Materialverträglichkeit, Zwischenschichthaftung und thermischer Spannungssteuerung unter Vakuumbedingungen. Optimierte Temperaturgradientenhärtung und Wärmeverteileranordnungen reduzieren den thermischen Grenzflächenwiderstand und verbessern sowohl die Wärmeübertragungseffizienz als auch die Langzeitstabilität.

(4) Design mit geringen Wärmeverlusten

Durch multiphysikalische Modellierung und Wärmeverlustanalyse integriert das System Aerogel-Verbundisolierung, versetzte Isolierschichten, selektive Beschichtungen und Vakuumverpackung in eine umfassende, verlustarme Architektur. Dies reduziert konvektive und Strahlungswärmeverluste signifikant und erhält die Wärmequalität für die praktische Anwendung.

5. Warum Soletks Solar wählen?

Soletks Solar hat eine vollständige Technologie- und Industriekette im Bereich der sauberen Solarenergie aufgebaut. Das Unternehmen hält über 30 Kernpatente, die selektive Absorberbeschichtungen, thermisch-elektrische Kopplung und die Integration von Flachkollektor-Wärmesystemen abdecken, wobei die meisten Technologien bereits industrialisiert sind.

Eine 500 m² große Flachplatten-Testplattform für saubere Energie, ausgestattet mit Spektralanalysatoren, IV-Prüfsystemen und Geräten zur Prüfung der thermischen Leistung, gewährleistet eine umfassende Produktvalidierung. Intelligente Fertigungslinien mit einem Automatisierungsgrad von über 85 % garantieren gleichbleibende Qualität, hohe Produktionseffizienz und zuverlässige Lieferung.

Durch tiefgreifende technische Erfahrung, industrielle Reife und strenge Qualitätskontrolle bietet Soletks Solar seinen Kunden, die nachhaltige Energielösungen anstreben, nicht nur fortschrittliche Produkte, sondern auch langfristige technische Zuverlässigkeit.