Solare Wärmepumpensysteme – Quo Vadis? - AEE Intec · 2016. 12. 15. · IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38 - SFH 45 Strasbourg – verschiedene Autoren / Studien. 2010 – 2014 IEA

Solare Wärmepumpensysteme –Quo Vadis?

Dr. Michel HallerLeiter Forschung SPF

Solarenergie und Wärmepumpe

Michel Haller, Gleisdorf Solar 2016

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Woran denken Sie?

&

Solarwärme & Wärmepumpe


3

&

Photovoltaik & Wärmepumpe


4

&

PVT-Kollektoren


5

Sweet Home


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Erdsonden-Regeneration


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&

Temperaturschichtung im Kombispeicher


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&

Eisspeicher & Wärmepumpe


9

&

Zeitraffer


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1955 1979/80 1987 2015

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

Aber: 100% solare Heizung ist mit hohen Kosten verbundenDeshalb:• 100% Solar durch den Sommer, Teilsolar durch Frühling, Herbst und Winter• den (grossen) Rest übernimmt die Wärmepumpe

• Wärmepumpe:JAZ ca. 2.0 – 5.0

JAZ = Jahresarbeitszahl

WärmeWärme-pumpe

el. Strom

Umwelt

WärmeSonnen-kollektor

el. Strom

Sonne• Solaranlage:

Faktor ca. 40 - 100


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Unverglaste Absorber in Kombination mit Wärmepumpe

Regeneration von Erdreich

Eisspeicher-Systeme


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PVT-Kollektoren in Kombination mit Wärmepumpen

Regeneration von Erdreich

Eisspeicher-Systeme


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2010 – 2014 IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38


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2 3 4 5 6 7

2 3 4 5 6 7

Nur Solar als Wärmequelle für WP Premium

Nur Solar als Wärmequelle für WP

Erdsonden-WP mit Solar

Einzelsonden-WP mit Regeneration

Erdsonden-WP ohne Solar

Luft-WP mit Solar Parallel + Seriell

Luft-WP mit Solar

Luft-WP ohne Solar

JAZSHP

IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38 - SFH 45 Strasbourg – verschiedene Autoren / Studien

2010 – 2014 IEA SHC Task 44 / HPP Annex 38


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«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/

http://task44.iea-shc.org/

Game Changer?


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1955 1979/80 1987 2015

Faktor 200

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 1 2 3 4 5JA

Z PV

PV und Wärmepumpe?


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PV Produktion [MWh]

𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑘𝑘𝑆𝑆𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑆𝑆𝑘𝑘𝑘𝑘𝑆𝑆𝑆𝑆 = 3 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑊𝑆𝑆𝑆𝑆𝑘𝑘 𝑝𝑝𝑆𝑆𝑆𝑆𝑝𝑝𝑘𝑘𝑝𝑝𝑘𝑘𝑘𝑘𝑆𝑆𝑆𝑆 = 10 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀

JAZ P

V+W

P

Definition JAZPV+WP – Ein Gedankenexperiment

𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝑃𝑃𝑃𝑃𝑀𝑀𝑃𝑃 =𝑀𝑀𝑊𝑆𝑆𝑆𝑆𝑘𝑘 𝑔𝑔𝑘𝑘𝑔𝑔𝑘𝑘𝑘𝑘𝑔𝑔𝑘𝑘𝑆𝑆𝑆𝑆

𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑘𝑘𝑆𝑆𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑆𝑆𝑘𝑘𝑘𝑘𝑆𝑆𝑆𝑆 − 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑝𝑝𝑆𝑆𝑆𝑆𝑝𝑝𝑘𝑘𝑝𝑝𝑘𝑘𝑘𝑘𝑆𝑆𝑆𝑆

PV und Wärmepumpe – richtig gerechnet


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Definition JAZPV+WP – sinnvoller...

𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝑃𝑃𝑃𝑃𝑀𝑀𝑃𝑃 =𝑀𝑀𝑊𝑆𝑆𝑆𝑆𝑘𝑘 𝑔𝑔𝑘𝑘𝑔𝑔𝑘𝑘𝑘𝑘𝑔𝑔𝑘𝑘𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑁𝑁𝑘𝑘𝑆𝑆𝑝𝑝

𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑁𝑁𝑘𝑘𝑆𝑆𝑝𝑝 = 𝐾𝐾𝑆𝑆𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑆𝑆 − 𝐸𝐸𝑘𝑘𝑔𝑔𝑘𝑘𝑘𝑘𝐸𝐸𝑘𝑘𝑆𝑆𝑎𝑎𝑆𝑆𝑎𝑎𝑘𝑘𝐸𝐸𝑀

Einspeisetarife sinken & Bezugstarife höher als Einspeisetarife

Eigenverbrauch lohnt sich, Einspeisen nicht

Grössere PV-Anlagen nicht mehr rentabel

Dimensionierung auf Netto-Null (Stromproduktion = Stromverbrauch)?

Eigenverbrauchsquote und Autarkiegrad

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Photovoltaik-Fläche

100%

0% =𝐸𝐸𝑘𝑘𝑔𝑔𝑘𝑘𝑘𝑘𝐸𝐸𝑘𝑘𝑆𝑆𝑎𝑎𝑆𝑆𝑎𝑎𝑘𝑘𝐸𝐸𝑀𝑃𝑃𝑆𝑆𝑆𝑆𝑝𝑝𝑘𝑘𝑘𝑘𝑆𝑆𝑘𝑘𝑆𝑆𝑘𝑘

=𝐸𝐸𝑘𝑘𝑔𝑔𝑘𝑘𝑘𝑘𝐸𝐸𝑘𝑘𝑆𝑆𝑎𝑎𝑆𝑆𝑎𝑎𝑘𝑘𝐸𝐸𝑀

𝐾𝐾𝑆𝑆𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑆𝑆

Net Zero Energy

PV-Eigenverbrauch-Wärmepumpen

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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!

&

Erhöhung des Eigenverbrauchs...

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grösste Potenziale für Eigenverbrauch durch Lastverschiebung

Eigenverbrauch für Kochen, Licht, Computer, Fernseher über...

Batterie

Elektrofahrzeuge Wärmepumpe + Speicher

&

Eigenverbrauch ist noch kein Smart Grid!

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Beispiel Zeitschaltuhr für Warmwasserbereitung durch WP am Mittag statt in der Nacht

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48

el. L

eist

ung

[kW

]

Zeit in Stunden

PV WP TotalEinspeise-Spitze

Bezugs-Spitze

Eigenverbrauch mit Wärmepumpe

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... 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?

Eigenverbrauch: Es braucht Antworten auf neue Fragen!

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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?

... oder dann doch lieber Solarwärme?

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Vorteil Solarwärme: Eigenverbrauch garantiert!

einfach

sicher

100% Eigenverbrauch....

Was soll der ganze Tumult um Eigenverbrauch?Das garantieren wir bei der Solarwärme schon lange....

Fazit

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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)!

Weitere Informationen

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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

http://www.spf.ch/solheaphttp://www.spf.ch/storexhttp://www.spf.ch/combivolthttp://www.macsheep.spf.ch/

Danke für Ihre Aufmerksamkeit

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