Kombinierte Solarthermie und Wärmepumpensysteme. Hilbert Focke
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- Roland Breiner
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1 Austria Solar Innovation Center Kombinierte Solarthermie und Wärmepumpensysteme Hilbert Focke 1 Austria Solar Innovation Center Außeruniversitäre Forschungseinrichtung in Vereinsform mit Sitz in Wels/OÖ ASiCals Partner für F&E Projekte im Bereich Erneuerbare Energie, Spezialisierung auf die Solartechnik Akkreditierte Prüfstelle Leistung und Qualitätsprüfung von thermischen Sonnenkollektoren Gründung im Jahr Mitarbeiter Basisfinanzierung durch Land OÖ, Stadt Wels, E Werk Wels, Fronius 2 1
2 Vorteile Chancen: Markt Die Idee Nutzung der Solarenergie auch bei geringer Einstrahlung und niedrigem Temperaturniveau Höherer Wirkungsgrad der Sonnenkollektoren Höherer Energieertrag der Solaranlage Höhere Leistungszahlen der Wärmepumpe Vermeidung von Warmwasserbereitung mit der Wärmepumpe 3 Nachteile Risiken: Die Idee Beide Systeme haben hohe Investitionskosten und niedrige Betriebskosten Die Solaranlage liefert genau dann viel Energie, wenn die (Luft ) Wärmepumpe mit hohen Arbeitszahlen arbeiten kann 4 2
3 Projekthistorie Solarunterstützte Luftwärmepumpe I + II Verwendung unabgedeckter Kollektoren als Wärmequelle IEA SHC Task 44 Messungen an Komponenten und Gesamtsystemen Systemklassifizierung Standardisierte Prüf und Bewertungsmethoden Erstellung validierter Komponenten und Systemmodelle Schulungsunterlagen technisches Handbuch Sub A: Systemkonfiguationen (SPF) Sub B: Leistungsbewertung (AIT) Sub C: Modellierung Simulation (Fraunhofer ISE) Sub D: Marktuntertützung + Verbreitung (EURAC) 6 3
4 7 Systemkonfigurationen Systemübersicht 7 Systemübersicht System 5: Unverglaster Kollektor Das System nutzt die unverglasten Solarkollektoren zur Erhöhung der Vorlauftemperatur für die Wärmepumpe und für die aktive Regenerierung des Erdreichs Die nicht abgedeckten Solarkollektoren sind kostengünstiger Es besteht die Möglichkeit, die Erdsonden kleiner zu dimensionieren 8 4
5 Systemübersicht System 6 Solares Heizsystem Die Hauptkomponenten des Systems sind Hybridsolarkollektoren mit Lufttwärmetauschern, Wärmepumpe, Trinkwasserspeicher und Eisspeicher Der Eisspeicher ist die Wärmequelle für die Wärmepumpe Geringe Speicherverluste auf Grund niedriger Speichertemperatur Keine Erfordernis für Erdsonden oder Erdkollektoren als Wärmequelle Der Hybridkollektor nutzt die Sonneneinstrahlung oder die Umgebungsluft 9 26 untersuchte Produkte Marktübersicht Unsicherheiten bei der Dimensionierung 10 5
6 Theorie 11 Bewertung ST+HP System Heat pump Solar thermal input parameters COP stationary conditions, nominal power Liquid pump efficiency, operating conditions laboratory SCOP CSPF Efficiency η Stationary or transient conditions, nominal and part load Climate, Climate, efficiency or performance of emulatedparts field SPF x Time step, (Subtask A) field or laboratory - comparison to other systems PER f sav Primary energy coefficients Reference system 12 6
7 Bewertung 13 Aktuelle Projekte Feldvermessung eines Systems in Salzburg: 3,50 3,00 2,50 SPF 3,00 2,97 3,06 3,19 2,62 2,81 2,69 2,58 2,38 2,47 2,55 2,62 2,60 2,47 2,34 100,00 90,00 80,00 70,00 % DHW 97,73 97,63 67,80 69,14 2,00 1,50 60,00 50,00 40,00 33,00 30,50 1,00 0,50 30,00 20,00 10,00 15,00 6,40 8,00 9,33 7,21 9,36 9,90 11,05 0,00 Dez.09 Jän.10 Feb.10 Mär.10 Apr.10 Mai.10 Jun.10 Jul.10 Aug.10 Sep.10 Okt.10 Nov.10 Dez.10 Jän.11 Feb.11 0,00 Jän.10 Feb.10 Mär.10 Apr.10 Mai.10 Jun.10 Jul.10 Aug.10 Sep.10 Okt.10 Nov.10 Dez.10 Jän.11 Feb.11 Erfolgsfaktoren: Dimensionierung der Teilkomponenten und Regelung des Gesamtsystems 14 7
8 Aktuelle Projekte Monolith: Kombisystem von Hybridkollektor und Luftwärmepumpe mit effizienter Anlagentechnik und innovativen Regelstrategien Fotos: Hans Ringhofer 15 Aktuelle Projekte Dimensionierung und Aufbau eines Systemkonzeptes, bestehend aus der Verbindung Hybridkollektor, Luftwärmepumpe und Speicher, untergebracht in einer Heat Unit Monolith (Aufbau der Hardware) 16 8
9 Aktuelle Projekte Mathematische Modellbildung und Simulation des Systemkonzeptes, daraus abgeleitet die Entwicklung eines Reglers (Entwicklung der Software) Vermessung des Gesamtsystems inklusive optimalem Regler und Ableiten von Optimierungspotenzialen (Betrieb des Gesamtsystems)
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