Unsichtbare Solardachsteine liefern Strom und Wärme

31.10.2019 – Denkmalgeschützt und innovativ – was in der Bauwirtschaft zumeist ein Widerspruch ist, ist in der Energieforschung möglich: Ein Team aus Wissenschaft und Wirtschaft hat unter der Leitung der Universität Stuttgart Dachsteine entwickelt, die mit Photovoltaik-Zellen belegt sind. Sie fügen sich optisch unauffällig in gängige Bedachungen ein und erfüllen somit eine wesentliche Forderung der Denkmalpflege. Im Essener Stadtviertel Margarethenhöhe findet nun der Praxistest statt.

Die Solardachsteine angeordnet zwischen den bisher verwendeten Modellen. Die weißen Streifen auf den Dachsteinen werden farblich noch an das sonstige Gebäudedach angepasst. Foto: Projektträger Jülich/Forschungszentrum Jülich GmbH

Die Solardachsteine angeordnet zwischen den bisher verwendeten Modellen. Die weißen Streifen auf den Dachsteinen werden farblich noch an das sonstige Gebäudedach angepasst. Foto: Projektträger Jülich/Forschungszentrum Jülich GmbH

Dabei sind beim Weg vom Labor auf die Dächer im Projekt EnQM (Energieoptimiertes Quartier Margarethenhöhe Essen) viele Akteure beteiligt: Wissenschaftler entwickeln die Solar-Dachsteine, Hersteller produzieren diese, Denkmalpflege und Eigentümer müssen der Maßnahme zustimmen und Handwerker installieren die innovative Technik schließlich auf ausgewählten Gebäuden.

Strenge Auflagen

Bei baulichen Änderungen an denkmalgeschützten Gebäuden gelten besonders strenge Auflagen. „Somit kann man die Entwicklung von energieeffizienten Lösungen für den denkmalgeschützten Bestand als Kür bezeichnen“, erklärt Projektleiter Professor Harald Garrecht von der Universität Stuttgart. „Wir sehen bei diesen Gebäuden einen großen Bedarf nach energieeffizienterer und klimafreundlicherer Energieversorgung.“

Die neuen Dachsteine werden aus einem Mineralguss gefertigt und mit einem kleinformatigen PV-Modul belegt. Dieses setzt sich aus gebogenem mineralischem Glas und PV-Zellen zusammen. Sowohl die Form als auch die Farbtönung sind so konzipiert, dass sie sich möglichst unauffällig in die restliche Dachstruktur integrieren.

Des Weiteren dürfen die neuen Dachsteine aus statischen Gründen nicht mehr wiegen als die herkömmlichen Modelle. Da bei den neuen Steinen zusätzliche Elemente wie Wärmetauscher, zwei Wasseranschlüsse und ein Stromanschluss integriert werden müssen, setzten die Forscher dünnere Betonwände ein.

Wärmegewinnung

Neben Strom wird über die Dachsteine Wärme gewonnen, die in die Gebäudeversorgung einfließt. Auf der Rückseite der Dachsteine befindet sich dafür ein Wärmetauscher. Wenn im Sommer Wärme im Überfluss vorhanden ist, wird die solare Erwärmung der Dachsteine genutzt, um mit dem Wärmetauscher die Wärme an das Wärmeträgerfluid zu übergeben. Hier wird die Solarwärme entweder direkt genutzt oder der Erdwärmesonde zugeführt. Auf diese Weise wird das während der Heizperiode mittels Wärmepumpe entladene Erdreich wieder regeneriert. Mit der sommerlichen Beladung des Erdreichs steht die solar im Sommer gewonnene Wärme im Winter für die Beheizung der Gebäude zur Verfügung.

Das im Dach integrierte hydraulische System sorgt zudem dafür, dass das im Erdreich gekühlte Wasser wieder die Wärmetauscher durchfließt – und trägt somit zu deren Kühlung bei. „Dadurch steigt die Effizienz der PV-Module“, erklärt Garrecht. „Zusätzlich entsteht mittels Kopplung des solarthermischen Systems mit der geothermischen Anlage eine Art Endlosspeicher und die Wärmeverluste werden minimiert.“ (jr)

www.uni-stuttgart.de

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