Nutzung thermischer Speicherpotentiale Praxiserfahrungen mit der Wärmepumpe im Smart Home

Transkript

1 WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG Nutzung thermischer Speicherpotentiale Praxiserfahrungen mit der Wärmepumpe im Smart Home Oliver Bast SMA Speichertag

2 Agenda Kurzvorstellung Stiebel Eltron Funktionsweise der Wärmepumpe Motivation zum PV-Eigenverbrauch für Heizung und Warmwasserbereitung Übersicht Energiemanagementlösungen zur Optimierung des thermischen Speicherpotentials Intelligentes Energiemanagement mit Warmwasserwärmepumpen Praxisbeispiel Warmwasserwärmepumpe Intelligentes Energiemanagement mit Heizungswärmepumpen Praxisbeispiele Heizungswärmepumpen Integration der Windkraft 2

3 Stiebel Eltron Gruppe Gegründet 1924 Hauptsitz in Holzminden Zählt in den Bereichen Haustechnik und Erneuerbare Energien weltweit zu den Markt- und Technologieführern Inhaber der mittelständischen Unternehmensgruppe sind je zur Hälfte Frank Stiebel und die Stiebel Familienstiftung (errichtet durch Dr. Ulrich Stiebel) Umsatz 425 Mio. Euro (2014) ca Mitarbeiter weltweit 5 Produktionsstätten 24 Tochtergesellschaften weltweit 120 Ländervertretungen weltweit 3

4 WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG Funktionsweise der Wärmepumpe

5 Funktionsprinzip Wärmepumpe Energiefluss Umweltenergie Antriebsenergie Heizenergie Aerothermie Verdichten Geothermie Hydrothermie Verdampfer Entspannen Verflüssiger Wärmequellenanlage Wärmepumpe Wärmeverteil- & Speichersystem 5

6 WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG Motivation zum PV-Eigenverbrauch für Heizung und Warmwasserbereitung

7 Entwicklung der Strompreise und der PV Erzeugungskosten fördern den Eigenverbrauch Source: Bundesumweltministerium (Leitstudie 2010), BSW-Solar (PV-Roadmap) 7

8 Zwei Lösungen um günstigen PV-Strom im Haushalt nutzbar zu machen und Netze zu entlasten: Verbrauch verschieben (Mittags waschen, Geschirrspüler ) Energie speichern Elektrisch (Batteriesysteme) Thermisch (Wärmepumpe, Speicherheizung) Grafik: SMA Portal 8

9 Energieverbrauch im Haushalt Verteilung der Energieverbräuche in % 3,7 1,4 10,5 6,6 77,8 Heizung Warmwasser Kochen Beleuchtung Elektrogeräte Quelle: waermepumpe.de,

10 Sehr hohes CO2 Einsparungspotential Quelle: BMP 10

11 WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG Übersicht Energiemanagementlösungen zur Optimierung des thermischen Speicherpotentials

12 Wo kann elektrische Energie thermisch gespeichert werden? (Gebäudestruktur)* Warmwasserspeicher Heizungspufferspeicher *Eingeschränkt möglich, abhängig von Wärmeverteilung und -steuerung 12

13 Lösungen für das Energiemanagement Stiebel Eltron bietet drei grundsätzliche Lösungswege an, damit die Wärmepumpe weiß, wann die PV-Energie zur Verfügung steht: SGready Anwendung (Schwellwertbasierte Lösungen) Intelligentes Energiemanagement mit Sunny Home Manager Einbindung in eine Hausautomatisierung 13

14 SGready Anwendung (Schwellwertbasierte Lösungen) Hierbei wird vom Wechselrichter mit einem Relais ein Signal erzeugt wenn die PV-Anlage eine bestimmte Leistung überschreitet. Unkomplizierte Installation Kein Internet erforderlich Kostengünstig Kompatibel* mit anderen Steuerungssystemen *Ggf. Koppelrelais erforderlich 14

15 Intelligentes Energiemanagement mit Sunny Home Manager Erstellung von Erzeugungs- und Verbrauchsprognose Steigerung der Eigenverbrauchsquote durch intelligente Lastverschiebung Einfache Anlagenvisualisierung und -überwachung via Sunny Portal Optimierte Nutzung der erzeugten PV-Energie auch bei Wirkleistungsbegrenzung auf 70 Prozent der Generatornennleistung gem. EEG 15

16 Einbindung in eine Hausautomatisierung Individuelle Programmierung durch ein qualifiziertes Fachunternehmen Bedienung der Heizung zusammen mit den anderen Geräten über wandmontierte Infodisplays, Smartphones und Tablets Verknüpfung bereits installierter Sensorik, z.b. Stromzähler oder Anwesenheitssensoren 16

17 WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG Intelligentes Energiemanagement mit Warmwasserwärmepumpen

18 Warmwasser-Wärmepumpe mit PV 18

19 Darstellung WWK 220/300 electronic Lüfter Verdichter Verdampfer WW-Ausgang Fremdstromanode Zirkulationsleitung 2 1 Verflüssiger Elektrische Not-/Zusatzheizung KW-Eingang 1 Lufteintritt 2 Luftaustritt 19

20 Optimierung der Einstellungen Verlauf ohne Steuerung, Steckdose auf EIN 20

21 WWK 300 mit SMA Sunny Home Manager 1. Stiebel Eltron WWK Router 3. SMA Sunny Home Manager 4. Stiebel Eltron PV Modul Tegreon 5. Schaltbare Verbraucher 6. SMA Schaltsteckdose 7. SMA Wechselrichter 8. PV Ertragszähler 9. SMA Energy Meter 10. Zweirichtungszähler 11. Haushaltsverbraucher 21

22 Einstellung WWK 300 im Sunny Home Manager Quelle: SMA 22

23 Verlauf mit Steuerung 23

24 WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG Praxisbeispiel Warmwasserwärmepumpe

25 Testinstallation mit WWK 300 und SMA Sunny Home Manager Haushalt 5 Personen Installation September 2012 Warmwasserwärmepumpe Stiebel Eltron WWK 300 PV Module PV Anlagenleistung Energiemanagement PV-Wechselrichter (mit Batterie) 22 Stiebel Eltron TEGREON 225 P 4950 kwp SMA Sunny Home Manager SMA Sunny Boy 5000TL-21 ab März 2014 SE

26 Ergebnisse auf Haushaltsebene 2013 Strombedarf Haushalt 6027 kwh PV-Ertrag 4616 kwh Eigenverbrauch 1806 kwh Autarkiequote 30 % Eigenverbrauchsquote 39 % 26

27 Warmwasserbereitung mit PV + WWK 300 bei bestehender Ölheizung jährliche Betrachtung Energiebedarf Warmwasser ca kwh thermisch Strombezug WWK kwh davon aus PV 406 kwh (57 %) davon aus dem Netz 302 kwh (43 %) Vermiedener Ölverbrauch ca. 360 Liter CO 2 Vermeidung entspricht einer Autostrecke ca kg ca km Wirkungsgrad Ölheizung WW 80 % JAZ WWK 300 3,97 CO 2 Heizöl CO 2 Strom 0,28 kg/kwh 0,546 kg/kwh 27

28 Anlage Sudermann im Jahr 2014 Kind bekommen, Haus gebaut (kein Urlaub), Batteriewechselrichter installiert mehr Wasser verbraucht. WWK Verbrauch: 708 kwh Netzbezug: 41 % WWK Verbrauch: 827 kwh Netzbezug: 36 % 28

29 Anlage Sudermann im Jahr 2015 Alexander Sudermann wohnt jetzt im eigenen Haus, seine Eltern erfreuen sich an einer Menge Energie 29

30 Übersicht Warmwasserwärmepumpen WWK 221/301 elektronic (SOL) WWK 220/300 electronic (SOL) WWK300 (SOL) 30

31 WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG Intelligentes Energiemanagement mit Heizungswärmepumpen

32 Wärmepumpe in das Internet: Internet Service Gateway Komfort- und Fernbedienung mit PC und Smartdevices Betriebsparameterlogging in das Stiebel Eltron Portal Betriebsoptimierung Störungsanalyse Added Value: Einbindung in das Smart Home (KNX) Energiemanagement (SGready und EMI) 32

33 Installationsübersicht Legende 1. Photovoltaik Modul 2. Wechselrichter 10. PV Ertragszähler (optional) 11. Zweirichtungszähler Netzanschluss 12. Haushaltsverbraucher 20. STIEBEL ELTRON LWZ 21. STIEBEL ELTRON ISG web 30. Internetrouter 40. SMA Sunny Home Manager 41. SMA Energy Meter 33

34 SMA Sunny Home Manager Quelle: SMA 34

35 Funktionsweise Schritt 1 Das Internet Service Gateway (ISG) ermittelt den thermischen Energiebedarf und sendet den resultierenden elektrischen Energiebedarf an den Energiemanager 35

36 Funktionsweise Schritt 2 Der Energiemanager plant die optimale Laufzeit für die Wärmepumpe, basierend auf den Energieanforderungen der Wärmepumpe, Wettervorhersagen aus dem Internet, gelerntem Benutzerverhalten und tatsächlichen Verbrauchsprofilen 36

37 Funktionsweise Schritt 3 Der Energiemanager überträgt die geplante Laufzeit zum ISG 37

38 Funktionsweise Schritt 4 Die Wärmepumpe läuft nach dem übermittelten Zeitplan 38

39 GUI Eigenverbrauch 39

40 GUI Eigenverbrauch Status EM 40

41 Menüpunkt Energiemanagement 41

42 Einstellungen Energiemanagement 42

43 Energiemanagementparameter H-HK1 H-HK2 WW OBERE WARMWASSER SOLLTEMP

44 Zusammenspiel von Wärmepumpe und Batterie Ausgleich von Lastspitzen Ertragslücken Der Umsatz der Batterie, und damit die Wirtschaftlichkeit, kann deutlich erhöht werden. 44

45 WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG Praxisbeispiele Heizungswärmepumpen

46 Großes Interesse bei Hausherstellern - Musterhausbestückung 46

47 Testinstallation Hannover 2014 Baujahr m² Wohnfläche Fußbodenheizung PV: 9,9 kwp Ost / West 3 Personen PV Deckung des Energiebedarfes für Warmwasser und Heizung bei ca. 33 % Fiktive Öleinsparung von 1000 Liter 7,3 t CO2 Einsparung entspricht Autokilometer pro Jahr 47

48 BayWa r.e. Solar Energy Systems - PlusEnergieSolarhaus SHM WPL 25 A + EMI 1500 Liter Systemspeicher 29,76 kwp-photovoltaikanlage Ost/West 32,74 kwh Blei Hoppecke OPzV Technik - Zugänglich und anschaulich für Besucher in separatem Technikraum 48

49 Typischer Tagesverlauf 49

50 Bisherige Ergebnisse (Testbetrieb) 50

51 Anlage Emsterassen Greven Vier Mehrfamilienhäuser, die sich um eine Mitte in Form einer kommunikativen Freianlage gruppieren. Ein zusammenhängender Komplex mit insgesamt 58 barrierefreien Wohnungen und einer gemeinsamen Tiefgarage. Wohnfläche insgesamt m², die sich auf Wohnungen mit m² Wohnfläche aufteilen. 51

52 Überblick Effizientes Mehrfamilienhaus, ideal aufeinander abgestimmte Komponenten Zur Klimaschutzsiedlung des Landes NRW benannt und gefördert Wohnung- Lüftungsgerät / Photovoltaik Wärmeverteilung im Niedertemperatur- Betrieb Warmwasserbereitung Wärmeerzeugung, Wärmepumpe Systemspeicher 52

53 Technik: Wärmeerzeugung Sole-/Wasser Wärmepumpen-Kaskade mit einer Heizleistung von ca. 130 kw Oberflächennahe Geothermie mit einem Erdsondenfeld Wärmeübergabe: Fußbodenheizung Hydraulik: 53

54 Wärmequelle: Erdsonde Erdsondenfeld unter der Tiefgarage 54

55 Technik: Wärmeerzeugung Sole-/Wasser Wärmepumpen-Kaskade mit einer Heizleistung von ca. 130kW 55

56 Anlage Emsterassen Greven 135 kwp reine Südausrichtung 9 SMA Wechselrichter SMA Elektronik Stiebel Eltron Elektronik Energiemanagement 56

57 Anlagendaten Eigenverbrauch: 23,4 % Autarkiegrad: 39,7 % 57

58 Integration der Windkraft durch flexible Stromtarife + 58

59 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ISH