Solare Wärmepumpensysteme Quo Vadis? Dr. Michel Haller Leiter Forschung SPF
Solarenergie und Wärmepumpe Woran denken Sie? & 2
Solarwärme & Wärmepumpe & 3
Photovoltaik & Wärmepumpe & 4
PVT-Kollektoren 5
Sweet Home 6
Erdsonden-Regeneration & 7
Temperaturschichtung im Kombispeicher & 8
Eisspeicher & Wärmepumpe & 9
Zeitraffer 1955 1979/80 1987 2015 10
Solarwärme: direkt nutzen oder als Quelle für die WP? Mass für energetische Effizienz ist das Verhältnis von Wärme- Lieferung [kwh] zu Stromverbrauch [kwh] über das ganze Jahr Wärmepumpe: JAZ ca. 2.0 5.0 JAZ = Jahresarbeitszahl el. Strom Umwelt Wärmepumpe Wärme Solaranlage: Faktor ca. 40-100 el. Strom Sonne Sonnenkollektor Wärme Aber: 100% solare Heizung ist mit hohen Kosten verbunden Deshalb: 100% Solar durch den Sommer, Teilsolar durch Frühling, Herbst und Winter den (grossen) Rest übernimmt die Wärmepumpe 11
Unverglaste Absorber in Kombination mit Wärmepumpe Regeneration von Erdreich Eisspeicher-Systeme 12
PVT-Kollektoren in Kombination mit Wärmepumpen Regeneration von Erdreich Eisspeicher-Systeme 13
2010 2014 IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38 IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38 - SFH 45 Strasbourg verschiedene Autoren / Studien Luft-WP ohne Solar Luft-WP mit Solar Luft-WP mit Solar Parallel + Seriell Erdsonden-WP ohne Solar Einzelsonden-WP mit Regeneration Erdsonden-WP mit Solar Nur Solar als Wärmequelle für WP 2 3 4 5 6 7 Nur Solar als Wärmequelle für WP Premium 2 3 4 5 6 7 JAZ SHP 14
2010 2014 IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38 «Solar and Heat Pump Systems» Hadorn, J.-C. (Ed.), 2015. Solar and Heat Pump Systems for Residential Buildings, 1. Auflage. Ernst & Sohn (Wiley). http://task44.iea-shc.org/ 15
Game Changer? Faktor 200 1955 1979/80 1987 2015 16
PV und Wärmepumpe? Definition JAZ PV+WP Ein Gedankenexperiment JJJJJJ PPPPPPPP = JAZ PV+WP JAZ PV 20 15 10 5 0-5 -10-15 -20 WWWWWWWWW gggggggggggggggggg SSSSSSSSSS kkkkkkkkkkkkkkkkkkkk SSSSSSSSSS pppppppppppppppppppp 0 1 2 3 4 5 PV Produktion [MWh] SSSSSSSSSS kkkkkkkkkkkkkkkkkkkk = 3 MMMMM WWWWWWWWW pppppppppppppppppppp = 10 MMMMM 17
PV und Wärmepumpe richtig gerechnet Einspeisetarife sinken & Bezugstarife höher als Einspeisetarife Eigenverbrauch lohnt sich, Einspeisen nicht Grössere PV-Anlagen nicht mehr rentabel Dimensionierung auf Netto-Null (Stromproduktion = Stromverbrauch)? Definition JAZ PV+WP sinnvoller... JJJJJJ PPPPPPPP = WWWWWWWWW gggggggggggggggggg SSSSSSSSSS aaaa NNNNNNNN SStttttttt aaaa NNNNNNNN = KKKKKKKKKKKK EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE 18
Eigenverbrauchsquote und Autarkiegrad 100% Net Zero Energy = EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE KKKKKKKKKKKK 0% = EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE PPPPPPPPPPPPPPPPPPPP Photovoltaik-Fläche 19
PV-Eigenverbrauch-Wärmepumpen & PV-Eigenverbrauch-WP ist vergleichbar mit Solarwärme Ein Teil des vor wenigen Jahren für die Solarwärme anvisierten Marktes wird hier von PV+WP übernommen werden! 20
Erhöhung des Eigenverbrauchs... grösste Potenziale für Eigenverbrauch durch Lastverschiebung & Elektrofahrzeuge Wärmepumpe + Speicher Eigenverbrauch für Kochen, Licht, Computer, Fernseher über... Batterie 21
Eigenverbrauch ist noch kein Smart Grid! Beispiel Zeitschaltuhr für Warmwasserbereitung durch WP am Mittag statt in der Nacht el. Leistung [kw] 4 3 2 1 0-1 -2 PV WP Total Einspeise- Spitze Bezugs- Spitze -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 Zeit in Stunden 22
Eigenverbrauch mit Wärmepumpe... braucht Energiespeicher Wärmespeicher, Batterie, Gebäudemasse?... muss PV-Produktion UND Haushaltsstromverbrauch berücksichtigen Messung Produktion + Verbrauch Kommunikation WP... braucht Leistungsgeregelte Wärmepumpe Nachfahren der Differenz zwischen PV-Produktion und Stromverbrauch... wird erst transparent im Betrieb! Problem für den Endkunden: welches Produkt wählen? 23
Eigenverbrauch: Es braucht Antworten auf neue Fragen! Eigenverbrauchsregelung? Was sollte sie tun, und was nicht? Transparenz Wie kann der Endkunde die Eigenverbrauchsregelung vor dem Kauf beurteilen? Netz-Freundlichkeit Wann ist Eigenverbrauch auch gut für den Netzbetreiber, wann nicht? Die Speicher-Frage grösserer Wärmespeicher, Batterie, oder Gebäudemasse? 24
... oder dann doch lieber Solarwärme? Vorteil Solarwärme: Eigenverbrauch garantiert! einfach sicher 100% Eigenverbrauch... Was soll der ganze Tumult um Eigenverbrauch? Das garantieren wir bei der Solarwärme schon lange... 25
Fazit Viele Möglichkeiten zur Kombination von Solarenergie und Wärmepumpen PVT interessant für Erdreich-Regeneration und Eisspeicher-Systeme Solarthermie wird konkurenziert durch PV+WP PV+WP ist interessant wenn PV-Anlage nicht überdimensioniert (Einspeisen lohnt sich nicht mehr) Wärmespeicher vorhanden gute Eigenverbrauchsregelung Für ALLE Kombinationen gilt: Regelung, Hydraulik und exergetische Effizienz der Wärmespeicherung (Speicherschichtung) extrem wichtig für die System-Performance Gesamt-System-Performance kann nur mit, System-Test oder Feld- Monitoring transparent gemacht werden (Komponententests und Simulationen basierend auf Komponenten-Tests reichen nicht)! 26
Weitere Informationen Hier an der Gleisdorf Solar Schichtungseffizienz von Kombispeichern, Robert Haberl, HSR Hochschule für Technik Rapperswil, CH P&D Projekt Sotchà Drei unterschiedliche, solarunterstützte Wärmeerzeugungssysteme mit Erdsondenregeneration im direkten Vergleich Aleksis Baggenstos, HSR Hochschule für Technik Rapperswil, CH Solare Regeneration bei hoher Erdwärmesondendichte - Technologievergleich und Praxisbeispiel, Florian Ruesch, HSR Hochschule für Technik Rapperswil, CH Auf der SPF homepage www.spf.ch/solheap ; www.spf.ch/storex ; www.spf.ch/combivolt ; www.macsheep.spf.ch 27
Danke für Ihre Aufmerksamkeit michel.haller@spf.ch Quo vadis, energia solaris 28