Ein PVT-Wärmepumpensystem

Systemvalidierung aus zwei Jahren Praxiserfahrung

Grafik: IGTE

Wärmeübertragungsvermögen

des „Solink“-PVT-Kollektors zur Umgebung für monatlich gemittelte Windgeschwindigkeiten am Standort Würzburg:durchgezogene Linien: Windgeschwindigkeit nach Wetterdaten, in 10 m Höhe und gestrichelte Linien: Windgeschwindigkeit umgerechnet auf Kollektorebene (Paralleldach), in Anlehnung an [5] abgeschätzt mit einem Windkorrekturfaktor von 0,5.

Grafik: IGTE

Foto: IGTE

Im Monitoring betreute „Solink“-Anlage mit 40 m² PVT-Kollektorfläche und ...

Foto: IGTE

... Komponenten (Kombispeicher, Wärmepumpe und Eisspeicher).

Foto: IGTE

Aufgeständerte Kollektormontage bei der untersuchten Anlage: das geschlossene Aufständerungsprofil (Oberkante Kollektor) behindert die rückseitige Luftzirkulation

Foto: IGTE

Grafik: IGTE

Validierung der Systemsimulation

anhand von Messdaten des Monitorings: gute Übereinstimmung des thermischen Kollektorertrags mit entsprechend angepassten Kenndaten (gelb). Größere Abweichungen im PV-Ertrag (blau) gibt es nur zu Zeiten mit Schneebedeckung der Kollektoren – ein geeigneter Speicher für die Schneeabrutschfunktion ist in dieser Anlage noch nicht integriert.

Grafik: IGTE

Monatliche Auswertung

der System-Arbeitszahlen ohne (SAZ) und mit Berücksichtigung des PV-Direktverbrauchs (SAZ_PVT), der Einstrahlungssumme in Kollektorebene (Q_str(40m²)), der mittleren Umgebungstemperatur* (T_Aussen*), der mittleren Kollektor-Austrittstemperatur im Solar-Betrieb (T_Koll_aus) und der mittleren Verdampfer-Austrittstemperatur im WP-Betrieb (T_Verd_aus). Ab September 2018 zusätzlich der mittlere Taupunkt der Umgebungsluft (T_tau).* Ab September 2018 wurde die Umgebungstemperatur zusätzlich zu dem Außen-Wandfühler in Bodennähe auch auf dem Dach erfasst; für die Auswertung wurde der Minimalwert der beiden Temperaturfühler verwendet.

Grafik: IGTE

Monatliche Auswertung

der Stromquellen und -senken des „Solink“-Systems: PV-Ertrag (Wel_PV) und berechneter Netzbezug (Wel_Netzbezug), Stromverbrauch von Wärmepumpe (Wel_WP) und Elektroheizstab (Wel_Estab), Stromverbrauch für zusätzliche Pumpen und Ventile (Wel_Periph) sowie berechnete Netzeinspeisung (Wel_PV_Einsp)

Grafik: IGTE

Monatlich verbleibender Netzbezug

des „Solink“-Referenz-Heizsystems (28 m² Kollektorfläche, Wärmepumpe mit Leistungsregelung zwischen 30 und 100 %) für unterschiedliche Varianten von Wärmepumpenbetrieb und Lastverschiebung

Grafik: IGTE

Grafik: Consolar

Hydraulikschema

einer „Solink“-Anlage mit Dreiwegemischventil M_Sole zur Eintrittstemperaturbegrenzung an der Wärmepumpe und Anschlüssen an einen Wärmetauscher im unteren Bereich des Kombispeichers für Enteisungs- und Schneeabrutschfunktion. Die dafür notwendigen Armaturen sind Bestandteil der „Solink“-Hydraulikgruppe.

Grafik: Consolar

Foto: Ruoff Energietechnik

„Solink“-Anlage mit Schnee; die Rückseite mit der Wärmeübertragungsfläche zur Luft ist frei.

Foto: Ruoff Energietechnik

Foto: Architekturbüro Hölzle

Beispiele unterschiedlicher Ausführungen von realisierten Anlagen

Foto: Architekturbüro Hölzle

Fotot: Consolar

Foto: Ruoff Energietechnik

Foto: Consolar

PVT-Wärmepumpenkollektoren stellen neben Luft und Erdreich eine neue alleinige Wärmequelle für Wärmepumpen dar: Durch die kombinierte Nutzung von Umweltwärme und solarer Abwärme von PV-Modulen wird eine Versorgung ohne Bedarf an Erdsonden oder Niedertemperaturspeichern ermöglicht und dies bei höheren mittleren Temperaturen als dies bei einer Luft-Wärmepumpe der Fall ist.

Einleitung, Hintergrund, Motivation

Um die Dekarbonisierung der Energieversorgung für Heizung und Warmwasser zu erreichen, wird davon ausgegangen, dass neben einer deutlichen Reduzierung des Wärmebedarfs durch Gebäudesanierung sowie passiver und aktiver Solarwärmenutzung elektrisch betriebene Wärmeerzeuger – sprich Wärmepumpen – zukünftig in großem Maße eingesetzt werden [1]. Damit – insbesondere in Verbindung mit der Mobilitätswende – der hierdurch steigende Bedarf an elektrischer Energie nicht den Zuwachs an erneuerbar erzeugtem Strom übersteigt, sind Systeme nötig, die zum einen deutlich...

Ulrich Leibfried ¹⁾, Stephan Fischer ²⁾, Sebastian Asenbeck ²⁾

¹⁾Consolar Solare Energiesysteme, 79539 Lörrach, ²⁾ Universität Stuttgart, Institut für Gebäudenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE), 70550 Stuttgart