Kunden berichten uns, dass ihre konventionellen PV-Strings in der Mittagshitze versagen; flüssigkeitsgekühlte PVT-Paneele halten die Zellen bei 40 °C und wandeln die überschüssige Wärme in 60-80 °C warmes Wasser um. Bei Dächern mit wenig Platz oder bei Projekten mit schneller Amortisation - insbesondere mit maßgeschneiderten Platten von XD THERMAL - ist das Upgrade ein klarer Gewinn.
In diesem Artikel erkläre ich Ihnen, was diese Kühlplatten sind, wie sie funktionieren, ihre technischen Daten, die Vorteile, die sie bieten, praktische Anwendungen und sogar die Herausforderungen und zukünftigen Trends, die wir im Auge behalten sollten - alles in einem klaren, verständlichen Stil. Lassen Sie uns eintauchen!
Was genau sind also diese PVT-Kühlplatten, die ich immer wieder erwähne? Einfach ausgedrückt handelt es sich um spezielle Komponenten, die die Leistung eines Solarmoduls verbessern, indem sie dessen größte Ineffizienz beseitigen: die Abwärme. Um es ins rechte Licht zu rücken: Ein typisches Photovoltaik-Paneel (PV-Paneel) wandelt nur etwa 15-20% des Sonnenlichts in Strom um, während etwa 65-70% der Sonnenenergie in Wärme umgewandelt werden, die das Paneel lediglich erwärmt. Das ist eine riesige Menge an potenzieller Energie, die von herkömmlichen Modulen nicht genutzt wird! Durch Hinzufügen einer Kühlplatte und einer Flüssigkeitszirkulation wird ein PV-Paneel im Wesentlichen zu einem flüssigkeitsgekühlten PV/T-Kollektor, d. h. es kann neben Strom auch nützliche thermische Energie erzeugen, anstatt diese Wärme ungenutzt zu lassen.
Wie sie gebaut sind:
Diese Platten bestehen in der Regel aus hoch leitfähigen Materialien wie Aluminium oder Kupfer (Materialien, die für eine schnelle Wärmeabfuhr geschätzt werden). Sie werden an der Rückseite eines PV-Moduls befestigt oder manchmal direkt bei der Herstellung integriert. Im Inneren der Platte befindet sich ein Netz von Kanälen oder Schläuchen, durch die eine Flüssigkeit - häufig Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch - fließt. Während die Flüssigkeit hindurchfließt, nimmt sie Wärme von der Platte auf. Das Ergebnis ist ein hybrides Paneel, das nun zwei Formen von Energie liefert: elektrische Energie aus den PV-Zellen und thermische Energie durch die erhitzte Flüssigkeit.
Wesentliche Merkmale:
● Materialien - Metalle mit hoher Wärmeleitfähigkeit (in der Regel Aluminium oder Kupfer), um eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten.
● Design - Eingebaute Kanäle oder Rohre für die Flüssigkeitszirkulation, die an die Größe und Form der Platte angepasst sind.
Zweck - Niedrigere Temperaturen der PV-Zellen (für einen besseren elektrischen Wirkungsgrad) bei gleichzeitiger Nutzung der Wärme für praktische Zwecke (z. B. Erwärmung von Wasser oder Luft).
Kurz gesagt, eine PVT-Kühlplatte verwandelt ein normales Solarmodul in ein Multitasking-Gerät, das sowohl Strom als auch nutzbare Wärme liefert.
Jedes Grad über 25 °C raubt den Siliziumzellen etwa 0,4 % ihrer Leistung, und in heißen Regionen steigen die Temperaturen der Paneele regelmäßig auf über 70 °C. Bleibt diese Hitze unkontrolliert, sinkt der jährliche Ertrag und die Laminate altern schneller, als die Finanzmodelle annehmen.
Durch die aktive Kühlung eines PV/T-Kollektors mit Wasser oder Nanofluid werden 8-15 % Strom zurückgewonnen und bis zu 70 % der einfallenden Sonnenenergie als nutzbare Wärme aufgefangen.
Bei einem Versuch in Saudi-Arabien im Jahr 2025 erreichten die nicht abgedeckten Module eine Temperatur von 78 °C und verringerten den elektrischen Wirkungsgrad um 12 %. Die Nachrüstung eines Wasserkreislaufs senkte die Oberflächentemperatur auf 43 °C und steigerte die Gesamtenergie des Systems um 68 %. Ein Graphen-Nanofluid-Pilotprojekt in Indien steigerte den elektrischen Wirkungsgrad auf 11 % und den thermischen Wirkungsgrad auf 67 %. Die Kühlung halbiert auch die so genannte "Hot-Spot"-Belastung und verlängert die Lebensdauer der Module um mehrere Jahre.
Da wir nun wissen, warum Wärme der Feind ist, wollen wir uns die Hardware genauer ansehen, die sie bekämpft: eine dünne, hochleitfähige Metallplatte, die mit Strömungskanälen geätzt oder gefräst und hinter den Zellen fest verklebt ist.
Während die Kühlflüssigkeit durch Serpentinen oder Mikrokanäle strömt, entzieht die wassergekühlte Photovoltaik-Thermoplatte der Flüssigkeit 15-20 mal mehr Wärme als die natürliche Luftkonvektion, so dass die Platte kühl bleibt und die Austrittsflüssigkeit 60-80 °C erreicht.
Während Solarzellen Strom erzeugen, produzieren sie auch Wärme - jedes Grad Temperaturanstieg kann den Wirkungsgrad um 0,2-0,5% verringern. Die Kühlplatte nimmt diese überschüssige Wärme über eine zirkulierende Flüssigkeit (Wasser, Glykolgemisch oder andere Kühlmittel) auf und fungiert als PV/T-Wärmetauscher. Die erwärmte Flüssigkeit fließt dann durch einen geschlossenen Kreislauf und gibt die Wärme an einen Speichertank, ein Gebäudeheizsystem oder sogar eine Absorptionskältemaschine ab.
Die Kühlplatten werden entweder mit Thermokleber auf die PV-Module geklebt oder als integrierte Einheiten eingebaut. Ein geschlossener Kreislauf mit einer Pumpe gewährleistet eine kontinuierliche Zirkulation, minimale Flüssigkeitsverluste und eine effiziente Wärmeübertragung. Die Durchflussmengen werden sorgfältig gesteuert, um Wärmeaufnahme und Druckabfall auszugleichen.
Wenn die Zellen kühler gehalten werden, kann der elektrische Wirkungsgrad bis zu ~17,8% erreichen, insbesondere in heißen Klimazonen. Der thermische Wirkungsgrad hingegen liegt zwischen 70-76%, so dass die Wärme oft die dominierende Energiequelle ist. Diese doppelte Erzeugung von Strom und nutzbarer Wärme maximiert die Energieausbeute auf der gleichen Fläche - ideal für Dächer oder kompakte Anlagen.
Betrachten Sie den Teller als eine Mikrokanalkühlplatte für Solaranlagen. Kupfer bietet eine Leitfähigkeit von 390 W m-¹ K-¹, kostet aber mehr; Aluminium übertrifft mit 205 W m-¹ K-¹ immer noch die Leistung von Edelstahl bei einem Drittel der Masse. Es kommt auf die Kanaltopologie an: Blech und Rohr (HTC ≈ 3 kW m-² K-¹), Serpentine (≈ 5 kW m-² K-¹) und Mikrokanal (≈ 10 kW m-² K-¹). Eine kürzlich durchgeführte CFD-Studie zeigte, dass ein doppellagiger Mikrokanal-Wärmesenke die PV-Zellen bei einer Bestrahlungsstärke von 1000 W m-² unter 42 °C hält, während nur 0,1 bar gepumpt werden (Natur). Die Platte erfüllt also eine doppelte Aufgabe: Sie ist sowohl eine strukturelle Rückwand als auch eine auf der Platte PV/T-Wärmetauscherplatte.
Bei der Entwicklung eines leistungsstarken flüssigkeitsgekühlten PV/T-Kollektors muss mit Metallplatten, Kanalgeometrie und Kühlmittelchemie jongliert werden.
Aluminiumplatten mit 0,8 mm Mikrokanälen, die mit einem Graphen-Wasser-Nanofluid mit 0,2 Gew.-% % gespeist wurden, lieferten in 2025 Prüfstandstests einen um 20 % höheren Wärmeübergangskoeffizienten als reines Wasser.
Unter die Platte geschweißte Schichten aus Phasenwechselmaterial (PCM) glätten Temperaturspitzen und erhöhen den kombinierten Wirkungsgrad auf 82-85 % in 2024 europäischen Prototypen(ScienceDirect). Das kommerzielle SPRING4-Modul von DualSun besteht aus einer Aluminiumplatte und einem Wasserkreislauf und bietet die sechs- bis achtfache Gesamtenergie im Vergleich zu einem gleich großen PV-Panel.
Aus den Projektprüfungen unserer Kunden geht hervor, dass sich der Hybrid in drei Bereichen auszahlt: Stromertrag, Wärmeeinsparung und Dachflächeneffizienz.
Die Felddaten zeigen 8-12 % mehr Strom, 900-950 W th pro Panel und nivellierte Energiekosteneinsparungen von 8-12 % im Vergleich zu PV-Inselanlagen und thermischen Flachplatten.
✅ Elektrizität: Die kühleren Zellen halten den STC-Wirkungsgrad auch in den Spitzenzeiten der Sonne aufrecht und liefern in heißen Klimazonen 70-100 kWh kWp-¹ pro Jahr.
✅ Hitze: Ein Hoteldach mit 40 Paneelen in Spanien erwärmt jetzt täglich 2 000 l¹ Warmwasser bei 60 °C und senkt den Gasverbrauch um 32 %.
✅ Fußabdruck: Ein einziges Hybridpaneel macht Dachfläche frei, die sonst zwischen PV- und thermischen Anlagen aufgeteilt werden müsste - ein entscheidender Vorteil bei Hochhäusern oder mobilen Anlagen.
✅ Kohlenstoff: In einem finnischen Pilotprojekt zur Fernwärmeversorgung wurden durch den Austausch von Gaskesseln gegen wassergekühlte Photovoltaikanlagen über 25 Jahre 35 t CO₂-e vermieden.
Ich habe gesehen, wie Hybridanlagen von Molkereien bis zu Rechenzentren gedeihen - überall dort, wo die gleichzeitige Erzeugung von Wärme und Strom sinnvoll ist. Durch die Kombination von Stromerzeugung und Wärmeleistung in einem kompakten System maximieren flüssigkeitsgekühlte PVT-Paneele die Dachnutzung, erhöhen den PV-Wirkungsgrad in heißen Klimazonen um 8-12% und reduzieren den Wasserverbrauch durch geschlossene Kreisläufe. Da sie aus recycelbaren Materialien hergestellt werden, entsprechen sie den Nachhaltigkeitszielen und bieten gleichzeitig eine zuverlässige Leistung in unterschiedlichen Klimazonen.
Gewerbliche Dächer, industrielle Prozesswärmeanlagen, Schwimmbäder und landwirtschaftliche Photovoltaikanlagen stehen mit Amortisationszeiten von 3 bis 7 Jahren ganz oben auf der Liste der Anwender.
● Industriell: Eine chilenische Molkerei ersetzte LPG-Pasteurisierer durch ein 500 m² großes, flüssigkeitsgekühltes Feld und sparte so 34 000 € jährlich.
● Gastfreundschaft: In Ferienanlagen auf griechischen Inseln werden flüssigkeitsgekühlte PVT-Paneele mit Wärmepumpen kombiniert, die 80 % der Warmwasserlast abdecken und gleichzeitig den Netzbezug zur Mittagszeit reduzieren.
● Agrivoltaik: Die kühleren Platten senken die Temperatur an der Unterseite und verbessern so den Ernteertrag, während die Bewässerung das vorgewärmte Wasser nutzt.
● IT: Ein Tokioter Kolokationszentrum koppelt PVT-Dachschleifen an Wärmetauscher-Racks an der Rückseite der Tür und spart so Kühlenergie 6 %.
Flüssigkeitskreisläufe bewegen 50-60 mal mehr Wärme pro Volumeneinheit als Zwangsluft und setzen Wärmeenergie frei, die Sie monetarisieren können; passive Lamellen können dies nicht.
Der Konvektionskoeffizient von Luft liegt bei ~50 W m-² K-¹; Wasser in Mikrokanälen erreicht 10 000 W m-² K-¹. Aus diesem Grund können luftgekühlte Add-ons bei starker Sonneneinstrahlung die Paneltemperaturen nur selten unter +15 °C senken. Die gepumpte Flüssigkeitskühlung fügt < 1 % an parasitärer Last hinzu und wandelt die Abwärme in Einkommensströme um, was bei reinen Lüfteranlagen unmöglich ist. Dennoch kann eine Luftlösung für netzferne Kabinen geeignet sein, in denen Sanitäranlagen unpraktisch sind.
Keine Technologie ist kugelsicher; hier sind die Schwachstellen, auf die ich bei technischen Überprüfungen durch den Eigentümer achte.
Skalierung, Leckagen, Glykolalterung und eine suboptimale Durchflussverteilung können den Gewinn schmälern, aber eine intelligente Überwachung hält die Betriebskosten niedrig.
Skalierung fügt 0,1 K W-¹ m² nach zwei Jahren in Regionen mit hartem Wasser hinzu; Inline-Entionisierer und 5 µm-Filter halbieren die Ablagerung. Ethylenglykolmischungen schützen vor Gefrieren, senken aber die spezifische Wärme um 15 %. Pumpenenergie bei 0,1 bar Abfall entspricht 0,5 % des jährlichen PV-Ertrags - planen Sie dies ein. Sensorgespeiste digitale Zwillinge zeigen jetzt Verschmutzungen an, bevor der Wirkungsgrad unter 95 % sinkt (ScienceDirect).
Auch das effizienteste Hybridsystem hat seine Schwachstellen. Wenn sie nicht behoben werden, können kleine Konstruktionsfehler oder mangelhafte Wartung Ihre Leistungsgewinne nach und nach aufzehren.
Ablagerungen, Leckagen, Alterung der Kühlflüssigkeit und ungleichmäßiger Durchfluss sind die Hauptursachen für die Verringerung der langfristigen Effizienz - aber durch proaktive Überwachung und rechtzeitigen Austausch der Flüssigkeit können die Systeme mit einer Leistung von über 95% betrieben werden.
Allein die Ablagerung von hartem Wasser kann nach zwei Jahren 0,1 K W-¹ m² ausmachen, insbesondere in Regionen ohne Vorbehandlung. Die Installation von Inline-Entionisierern und 5 µm-Filtern kann diese Ablagerungen halbieren. Auch Leckagen und Druckverluste spielen eine Rolle - jeder 0,1 bar, der durch Pumpen verloren geht, entspricht etwa 0,5% Ihrer jährlichen PV-Leistung.
Das Kühlmittel selbst ist kein "einmaliges" Element. Deionisiertes Wasser hält 3 bis 5 Jahre, während Systeme auf Glykol- oder Nanofluidbasis alle 24 Monate getestet und nachgefüllt werden müssen. Eine Untersuchung von 62 kommerziellen Arrays ergab, dass die Leitfähigkeit des Kühlmittels nach vier Jahren 30 µS/cm überschritt, was die thermische Effizienz um 2% verringerte - durch Spülen wurden jedoch 98% Leistung wiederhergestellt. Moderne Systeme verwenden jetzt digitale Zwillinge, um Verschmutzungen zu erkennen, bevor sie die Leistung beeinträchtigen.
Kurz gesagt, auch ein gut konzipiertes PVT-System braucht eine intelligente Wartung. Wenn Sie den Flüssigkeitskreislauf vernachlässigen, werden Sie zusehen, wie Ihre Energieeinsparungen schleichend verschwinden.
ie F&E-Pipeline ist voll mit Verbesserungen, die den kombinierten Wirkungsgrad bis 2030 auf über 85 % steigern sollen.
Additiv gefertigte Gitterplatten, Graphen-Ionofluide und PCM-gekoppelte Hybride stehen für die Jahre 2024-25 in den Schlagzeilen und treiben die Gesamterträge weiter in die Höhe.
Nanofluid-Pioniere berichten von 22 % HTC-Boosts mit 0,3 Vol % Graphen-Nanoplättchen. PCM-Sandwich-Platten in Malaysia hielten das Auslasswasser während der Spitzenwolkenausbrüche 12 °C kühler (ScienceDirect). EU-Horizon-Projekte sehen Roll-to-Roll-Aluminium-Graphenfolien für 12 €/m² vor, während KI-optimierte Kanalwege den Druckverlust um 18 % senken. Hochtemperaturstabile Flüssigkeiten könnten die Austrittstemperaturen von Dampf für die Leichtindustrie bald auf über 100 °C anheben.
PVT-Flüssigkeitskühlplatten sind ein entscheidender Faktor für Solarenergiesysteme. Sie ermöglichen es uns, die elektrische Leistung von PV-Paneelen zu erhöhen, indem sie sie kühl halten, und gleichzeitig eine Menge thermischer Energie einzufangen, die sonst verschwendet würde. Für Hersteller, Ingenieure und auf Nachhaltigkeit bedachte Projektentwickler bedeutet dies die Möglichkeit, effizientere, vielseitigere Solarlösungen zu liefern, die viel mehr Wert aus jedem installierten Modul herausholen.
Wir haben uns angesehen, wie diese Platten funktionieren, welche Vorteile sie bieten und welche Herausforderungen sie mit sich bringen. Das Ergebnis ist, dass eine Solaranlage durch den Einsatz der PV/T-Hybridtechnologie zwei Energieformen auf der gleichen Fläche liefern kann, was die Gesamtrendite des Systems und die Nachhaltigkeit verbessert. Da die laufende Forschung die Kosten senkt und die Leistung steigert, gehe ich davon aus, dass PVT-Systeme eine immer wichtigere Rolle in der Landschaft der erneuerbaren Energien spielen werden.
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