Bachelorarbeit Autonome Solarstromwand zur Maximierung des Eigenverbrauchs Swiss Green Economy Symposium, Winterthur 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE Thomas Baumann
Inhalt Projektteam Stand der Technik Heutige Preise Warmwasser aus Solarenergie Konzept und Funktionsweise Solarwand Simulationen Messresultate Energiegestehungskosten Solarwand Anwendungsbeispiele Zusammenfassung und Ausblick 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 2
Projektteam Verfasser der Bachelorarbeit: Raphael Knecht Daniel Lantschner Betreuung: Prof. Dr. Franz Baumgartner Dr. Hartmut Nussbaumer Thomas Baumann Raphael Knecht und Daniel Lantschner mit dem Diplom des Klimaschutz-Preises 2015 von myblueplanet und der Johann Jacob Rieter-Stiftung 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 3
Heute übliche Warmwasser Systeme Standard Wirkungsgrade vom Solarinput zur Wärmeleistung Solarthermie: 30 % bis 60 % Photovoltaik + WP: 24 % bis 64 % Kollektor η = 50 % η = 16 % PV 3.1 WP,JAZ = 50 % + JAZ = Jahresarbeitszahl 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 4 Quelle: Bundesamt für Energie (BFE); Solarwärme und Photovoltaik ein Technologievergleich; 25.02.2015 http://www.news.admin.ch/nsbsubscriber/message/attachments/38426.pdf Franz Baumgartner, 16.09.2015; EUPVSEC
Hardwarekosten ~ CHF 2 200 ohne Installation Photovoltaik auf dem Dach und Wärmepumpe im Keller = Warmwasser Photovoltaik Kein Warmwasser auf dem Dach Tiefere Installationskosten Hohe Zuverlässigkeit Erhöhung des PV-Eigenverbrauchs Wärmepumpe 500 W el Warmwasserspeicher 300 l 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 5 Franz Baumgartner, 16.09.2015; EUPVSEC
Kosten Warmwasser aus Solarenergie in der Schweiz Solarthermie Photovoltaik Gestehungskosten (2013) Förderbeiträge (2012 bis 2014) Kantone 2012 Quelle: Bundesamt für Energie (BFE); Solarwärme und Photovoltaik ein Technologievergleich; 25.02.2015 http://www.news.admin.ch/nsbsubscriber/message/attachments/38426.pdf Franz Baumgartner, 16.09.2015; EUPVSEC 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 6 (< 10 kwp = EV)
Solarthermie Arbeitskosten 2014 Gesamtpreis Solarthermie System Zusammensetzung des Gesamtpreises Arbeitskosten für Installation Quelle: M. Müller et al.; «Preise und Kosten thermischer Solaranlagen»; Ernst Basler + Partner AG; 04.11.2014 www.ebp.ch/files/pdf/20141104_preisanalyse_solarwaerme.pdf ~ 50 Arbeitsstunden für Installation einer Solarthermie Anlage Schlussfolgerung für neue Systeme: Reduktion der Arbeitskosten ist unumgänglich 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 7 Franz Baumgartner, 16.09.2015; EUPVSEC
Vom Konzept zum Funktionsmuster Reduktion der Arbeitskosten durch Vormontage in der Fabrik 1 kwp PV 12 x 85 Wp CIS STO Art Inlay Output: 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 8 Franz Baumgartner, 16.09.2015; EUPVSEC
Technische Daten des Solarwand-Funktionsmusters Komponente PV Module PV Inverter Wärmepumpe Warmwassertank Batteriesystem Abmessungen Daten 12 x Manz CIGS 85 Wp SMA SB 1300TL Ochsner Europa Mini IWP, P el = 500 W, JAZ max = 4.4 2.5 x 0.2 x 0.6 m 3 = 300 l (Eigenbau) Nicht ausgeführt (optional) 2.4 m hoch, 3.6 m breit 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 9
Energiefluss Simuliert mit Polysun 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 10
Simulation Jahres PV Produktion mit PVsyst 300 W Schwellwert: 61.5 % vom Jahresertrag 500 W Schwellwert: 28.3 % vom Jahresertrag 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 11
Funktionsweise 1 2 PV-Fassade 1kWp, 680 kwh/a Wechselrichter 2 3 4 Knotenpunkt WP-Kreisprozess 1 5 6 Abluftnutzung als Vorlauf WP Kalter Luftstrom zum Kühlen 5 7 Sekundärkreislauf Wasser 3 8 Ladepumpe Q = 0.5 m 3 /h 9 Speicher 300 l 10 Schnittstelle zur Hausinstallation 4 7 9 8 6 10 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 12
Messresultat: + 33 C in 4.5 h von 300 Liter Wasser 80 % Solarstrom 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 13
Energiegestehungskosten Komponente Anzahl Kosten PV Fassade und Inverter 1 kwp CHF 3000.- Wassertank und Wärmepumpe 300 Liter CHF 2650.- Installation und Material CHF 3000.- Gesamtinvestitionskosten CHF 8650.- Elektrischer Ertrag aus PV 681 kwh/a Verwendbarer PV-Ertrag (60 %) 409 kwh/a Überschuss PV-Ertrag (40 %) 272 kwh/a CHF - 81.- Energie aus Netz 105 kwh/a CHF 32.- Total elektrische Energie für Wärme 514 kwh/a Durchschnittliche JAZ der Wärmepumpe 3.7 Systemertrag Wärme 1900 kwh/a Betriebsjahre 20 Jahre Systemertrag Betriebsjahre 38 000 kwh Total PV-Ertrags Überschuss 5440 kwh CHF - 1620.- Total Energie aus Netz 2100 kwh CHF 630.- Inverter Tausch nach 10 Betriebsjahre CHF 500.- Total CHF 8160.- Gestehungskosten Wärme 0.215 CHF/kWh Wärme 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 14
Anwendungsbeispiele Fertighausmarkt Mehrfamilienhäuser Haussanierung kein weiteres Wärmeerzeugungssystem für Warmwasser notwendig skalierbar und modular 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 15
Zusammenfassung und Ausblick Funktionsmuster läuft Weiterführende Arbeiten und Ideen Messungen über längeren Zeitraum Optimierung des Wassertanks (Temperaturschichtung) oder Verwendung Latentwärmespeicher Entwicklung kleine und modulierende Wärmepumpe Integration Batteriespeicher Suche nach Industriepartner für Weiterentwicklung, Marketing und Verkauf 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 16
Solar Wings, 650 kw Lonza Solarpark, Waldshut Solar Wings, 60 kw, Tenna
Swiss Green Economy Symposium 2015 in Winterthur 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum Innovationsperlen der ZHAW 18