Möglichkeiten zur optimalen Nutzung und Kombination von Photovoltaik, Wärmepumpen und Solarthermie Energie Apéro Luzern, 11.

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1 Möglichkeiten zur optimalen Nutzung und Kombination von Photovoltaik, Wärmepumpen und Solarthermie Energie Apéro Luzern, 11. Mai 2015

2 Inhalt _ Energie von der Sonne: Aktuelle Preise und Wirkungsgrade von Photovoltaik und Solarthermie _ Resultate von Vergleichsstudien: Wie können wir mit vergleichen? _ Sinnvolle Konzepte _ Projektbeispiele _ Fazit drei Abkürzungen: PV = Photovoltaik, ST = Solarthermie, WP = Wärmepumpe 2

3 Vergleich Wirkungsgrade PV+WP versus ST _ Wirkungsgrade PV+WP etwa gleich wie ST 34% - 64% _ Flächenbedarf für PV + WP ist der gleiche wie für ST 3 Solarwärme und Photovoltaik - ein Technologievergleich. Bericht des Bundesrates in Erfüllung des Postulates und der Motion , Februar 2015

4 Vergleich Ertrag pro Fläche: PV+WP versus ST (EFH) Fallbeispiel Einfamilienhaus _ Annahme: 30 m 2 Fläche für PV+ST _ Luft-Wasser- WP: JAZ=2.6 _ Sole-Wasser- WP: JAZ=3.3 _ ST ist besser bis 8 resp. 14 m 2 Solar Campus GmbH, Stephan Mathez 4

5 Vergleich Kosten (schlüsselfertig) PV-Anlage (ohne WP) _ Min. CHF / Anlage _ Grossanlagen: CHF / kwp = / m 2 _ Kleinanlagen: CHF / kwp = / m 2 Solarthermische Anlage _ «CHF pro Anlage» (Brauchwarmwasser EFH) _ CHF pro m 2 _ Rp. / kwh _ Rp. / kwh el. (ohne Wärmepumpe) 5

6 Vergleich Kosten (schlüsselfertig) _ Gestehungskosten für Energie sind etwa gleich bei PV und ST (ohne Förderung) 6 Solarwärme und Photovoltaik - ein Technologievergleich. Bericht des Bundesrates in Erfüllung des Postulates und der Motion , Februar 2015

7 Brauchwarmwasser: Primärenergiebedarf _ ST ist etwa gleichauf mit PV+WP. _ Je höher die Wassertemperatur, desto besser wird ST. _ «Wärmeklau»: WP-Boiler nicht in einem geheizten Raum installieren. _ Bilanzzeitraum: In der Jahresbilanz schneidet PV+WP besser ab, braucht aber das Stromnetz als Speicher. 7 _ Abbildung links: Zeitraum 1 Jahr und 1 Tag (Ausgangsvariante). Quelle: BFE, Technologievergleich solare Brauchwarmwassererwärmung für Einfamilienhäuser, Photovoltaik und Wärmepumpe im Vergleich mit Solarthermie (SolVar-BWW), Dez. 2014

8 Brauchwarmwasser: Kosten pro kwh _ PV + WP (blau) deutlich günstiger als ST (grün) _ Nur Verzicht auf PV + ST ist noch günstiger (heutige Strompreise) Rp. pro kwh _ Ohne Förderungen 8 Quelle: BFE, Technologievergleich solare Brauchwarmwassererwärmung für Einfamilienhäuser, Photovoltaik und Wärmepumpe im Vergleich mit Solarthermie (SolVar-BWW), Dez. 2014

9 Wärmepumpe: Hilft, aus zu machen. _ Aus einem Teil Strom (kwh) werden drei Teile Wärme (kwh) gemacht _ Typische Wirkungsgrade (Jahresarbeitszahlen, JAZ) _ Luft-Wasser: ~2.5 _ Sole-Wasser: ~3.5 _ Deutlich höhere JAZ sind möglich, wenn: _ Die Sole-Temperatur höher ist (z. B. Regeneration Erdsonde) _ Die benötigte Wärme ein tieferes Temperaturniveau hat (z. B. <30 C) _ Die Arbeitstemperaturen genauer festgelegt werden und die Technologie weiterentwickelt wird 9

10 Exkurs: Wo = gilt (1) PV-Heater _ Schliesst 6 PV-Module parallel an Speicher _ Identische Systemgrenzen wie ST _ Installation durch Heizungsinstallateur _ Energieüberschüsse, welche thermisch nicht gespeichert werden können, gehen verloren _ Effizienz des PV-Systems grösser im Winter, Effizienz des ST-Systems grösser im Sommer 10

11 Exkurs: Wo = gilt (2) PV-Heater _ 6 PV-Module, 9.6 m 2 _ Systemspannung < 50V _ Anschluss DC an PV- Heater (netzunabhängig) _ Speicher 400 l _ Solarer Deckungsgrad Warmwasser: 70% Solarthermische Anlage _ 5 m 2 Kollektorfläche _ Pumpe, Verrohrung, Frostund Überhitzschutz _ Speicher 600 l _ Solarer Deckungsgrad Warmwasser: 70% _ Kosten: ca. CHF _ Kosten: ca. CHF

12 Exkurs: Wo = gilt (3) PV-Heater _ Benötigt die doppelte Fläche der ST-Anlage, ist jedoch günstiger. Die Erträge sind gleich. _ Der PV-Heater hat gegenüber einer PV-Anlage viele Nachteile: _ Überschussenergie geht verloren, Weiterverwendung des Stroms nicht möglich _ Wärmepumpe (COP) nicht möglich Elektrodirekt _ Lastregelung (zur Stabilisierung der Stromnetze) nicht möglich _ System der Zukunft: WP oder WP-Boiler + PV-Anlage 12

13 Sinnvolle Kombinationen _ PV + WP (Warmwasser und Heizung) _ PV + WP + Regeneration Erdreich mit ST (auch hybrid) _ PV + Fernwärme _ Öl/Gas/Holz + ST für Wärme + PV für Strom _ PV + WP für Wärme, ST für Prozesswärme und / oder solare Kühlung 13

14 Weniger sinnvolle Kombinationen _ WP und ST (Ausnahme: Regeneration Erdreich / Speicher) _ ST und Fernwärme _ ST und Abwärmenutzung in diesen Fällen wird die Dachfläche besser für PV genutzt. Hinweis: In einem speziellen Projekt kann auch eine dieser Kombinationen erfolgreich zur Anwendung kommen! 14

15 Projektbeispiel: Geschäftshaus C, Esslingen (1) _ Minergie P ECO _ 94 m 2 ST _ 44 kwp PV (ca. 300 m 2 ) _ ST wärmt Erdreich auf (Saisonspeicher), bis ca. 27 C Basler & Hofmann AG 15

16 Projektbeispiel: Geschäftshaus C, Esslingen (2) _ Sommer _ ST heizt Erdreich und Brauchwasser _ Winter _ ST und Erdreich heizen Gebäude _ Bei Bedarf wird WP zugeschaltet Basler & Hofmann AG 16

17 Fallbeispiel pro Solarthermie _ Neubau EFH, Gasheizung _ Komplizierte Dachform, evtl. teilverschattet _ Optisch traditionelles Erscheinungsbild gewünscht Symbolbild: _ Begrenztes Budget von CHF , soll in Sonnenenergienutzung investiert werden _ Entscheidung: Solarthermie, Solarer Deckungsgrad Brauchwarmwasser ca % 17

18 Fallbeispiel pro Photovoltaik _ Neubau EFH, Wärmepumpe _ Optisch traditionelles Erscheinungsbild gewünscht Symbolbild: _ Begrenztes Budget von CHF , soll in Sonnenenergienutzung investiert werden _ Entscheidung: Photovoltaik, Solarer Deckungsgrad mit Wärmepumpe ca %, Überschuss Eigenverbrauch oder Netzeinspeisung 18

19 Eigenverbrauch von Solarstrom Eigenverbrauchsanteil / % WP 24h, WW Nacht WP Tag, WW Nacht WP Tag, WW geregelt Netto-Solarstromanteil / % online Simulationstool: _ Mit einer WP kann der Eigenverbrauchsanteil einer PV- Anlage erhöht werden. 19

20 Fallbeispiel PV+WP+ST _ Neubau EFH, Wärmepumpe _ Hohe Dichte an WP in Nachbarschaft _ Pflicht zur Regeneration der Erdsonde Symbolbild: solarthermie-oder-photovoltaik _ PV für Allgemeinstrombedarf und WP _ ST für Regeneration Erdreich, ggf. hohe Temperaturen im Sommer direkt für Warmwasser _ Alternativ: Hybridkollektoren 20

21 Hat Solarthermie eine Zukunft? Meinungen / Gedanken _ Schwierig für WW / Heizungsunterstützung im EFH-Bereich _ Ja, für technisch sehr einfache Systeme _ Ja, zur Deckung von hohem Wärmebedarf im Sommer bei hohen Temperaturen (Prozesswärme, Fernwärmenetze) _ Vielleicht, bei sehr knappen Flächen / starken Verschattungen _ neue Innovationen? Kombikollektor, Regenerierung Erdsonde,... 21

22 Fazit (1) _ Indikatoren für Eignung Solarthermie: _ Hoher Wärmebedarf, insb. im Sommer _ Tiefe Vorlauftemperatur im Heizsystem _ Hoher Heizenergiebedarf in der Übergangssaison _ Keine Wärmepumpe, Warmwasserspeicher muss ersetzt werden _ Indikatoren für Eignung Photovoltaik: _ Wärmepumpe vorhanden _ Keine grossen Eingriffe in Haustechnik erwünscht _ Grosse Dachfläche verfügbar, Dachsanierung steht an _ knappes Budget (!) 22

23 Fazit (2) _ Strom werden wir immer brauchen, er ist flexibel einsetzbar und transportierbar. Mit Photovoltaik liegen Sie nie falsch! _ Wärme kann direkt (Solarthermie) oder indirekt (Photovoltaik) von der Sonne gewonnen werden. Die bessere Lösung zeigt sich projektspezifisch. Oft hat Photovoltaik heute die besseren Karten. _ Ist in einem Gebäude sowieso eine Wärmepumpe vorgesehen (wie in ~80% der Neubauten), ist PV eigentlich immer günstiger und effizienter als ST. _ ST ist nur interessant, wenn der grösste Teil der Wärme genutzt werden kann, d.h. tendenziell bei kleinen Anlagen. 23

24 Christof Bucher, Projektleiter, Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Luzern, 11. Mai

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