SPF- Industrietag 2017: Solares Heizen und Kühlen mit PV und Wärmepumpe. Testverfahren, Simulationen, Produktentwicklung. Lukas Omlin Robert Haberl

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1 SPF- Industrietag 2017: Solares Heizen und Kühlen mit PV und Wärmepumpe Testverfahren, Simulationen, Produktentwicklung Lukas Omlin Robert Haberl

2 Motivation PV Heizen Strombedarf im Haushalt Zahlen Haushaltsstrom nach Nipkow, 2013 Quelle: PV Einspeisetarife in der Schweiz WP Warmwasser und Raumheizung 51 % 2

3 el. Leistung [kw] Motivation PV Heizen 5 4 PV Bezug WP Haushaltsstrom Tag 1 24 Tag 2 48 Tag 3 72 Tag 4 96 Tag Tag

4 Motivation PV Heizen Erhöhung des Eigenstromverbrauchs durch Verschieben der Last zum Ertrag, oder den Ertrag zur Last?... Speicherung des PV-Ertrages Wärmespeicher oder Batterie? Wärmespeicher und Batterie? Gebäudemasse? Berücksichtigung des Haushaltsstromverbrauches Messung von Produktion und Verbrauch ein gutes Gesamtsystem! ein gutes Regelkonzept Nachfahren der Differenz zwischen PV-Produktion und Stromverbrauch Leistungsgeregelte Wärmepumpe? Kommunikation zwischen WP, Wechselrichter, SmartMeter? 4

5 Motivation PV Kühlen Übereinstimmung von Solarstrahlung und Kühlbedarf Grafik: DGS-Leitfaden Abbildung: Kühl- Heizbedarf von einem Bürogebäude in Heidelberg - Kühlen erfordert nur kleine Speichervolumen 5

6 Motivation PV Kühlen Kühlbedarf steigt! Wandel vom Luxus- zum Standardgut? Moderne Bauweise mit Glasfassaden im Einsatz Mehr elektronische Geräte (Abwärme) Globale Temperaturerhöhung 6

7 Testinfrastruktur Komplettsysteme Standort: Zürich Raumheizung: 60 kwh/(m 2 a), Fussbodenheizung Einwohner: 4-Personen, (2 Erwachsene, 2 Kinder) Gebäude Warmwasser Raumwärmeverteilung PV-Module Im Prüfstand gemessener Teil Simulierter / Emulierter Teil Haushaltsstrom Regler Inverter Wärmepumpe Speicher Inverter Luft Batterie 7

8 Testinfrastruktur Komplettsysteme Test von Gesamtsystemen unter realistischen Rahmenbedingungen im autonomen Betrieb. Funktionsweise sofort sichtbar Zeigt Optimierungspotential Ergebnisse Messdaten aus dem Labor sind direkt zu Jahreswerten extrapolierbar Ergebnisse verschiedener Systeme sind miteinander vergleichbar (Benchmarktest mit identischer Last) 8

9 el. Leistung [kw] Testinfrastruktur Komplettsysteme 6 4 positiv: PV Bezug ab Batterie Netzbezug negativ: Bezug WP Haushaltsstrom Batterieladung Einspeisung Quellen Senken

10 70 C TS7 60 C TS6 50 C TS5 40 C TS4 30 C TS3 20 C TS2 10 C TS1 70 C TS7_Ms 60 C TS6_Ms 50 C TS5_Ms 40 C TS4_Ms 30 C TS3_Ms 20 C TS2_Ms 10 C TS1_Ms -15 K dts7-10 K dts6-5 K dts5 0 K dts4 5 K dts3 10 K dts2 15 K dts1 Abgleich in TRNSYS Simulationen Speichertemperatur aus der TRNSYS Simulation Speichertemperatur aus der Messung Differenz zwischen Messung und Simulation 10

11 Testinfrastruktur - PV Kühlen Messequipment und Datenerfassung Netz PV E el. Q Kälte Q Kälte Q Wärme Warmwasserspeicher Gebäude Kaltwasserspeicher Kältemaschine free-cooling Ausseneinheit 11

12 Testinfrastruktur - PV Kühlen Hauptkomponenten Kältemaschine (WP; ait / Nibe) & Kältespeicher. PV-Module (Meyer Burger) südorientiert (14.7m 2 ) Kühldecken (Zehnder) im Labor Eichwies 6 (52.5m 2 ). 12

13 Polysun Simulationen - PV Kühlen Modus: Aktiv kühlen Tsoll kühlen = 25 C Bürogebäude (Niedrigenergie) Standort: Rapperswil Fläche: 100m 2 U-Wert: 0.35 W/K/m 2 13

14 Simulationsresultate - PV Kühlen 14

15 Ausblick Aktuelle af&e Themen Eigenverbrauch Optimierung / Kommunikation zwischen Komponenten Einsatz von Batterien / Effizienz von Batteriespeichern im Realbetrieb Kühlen und Wärmerückgewinnung (Brauchwarmwasser, Raumheizung) Unsere Dienstleistungen Unterstützung bei System und Komponenten Entwicklung Simulationen / Funktionstests / Messungen Nachweis der Leistungsfähigkeit 15

16 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Wir danken dem Bundesamt für Energie BFE für die Unterstützung der Projekte CoCoSol und CombiVolt 16

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