Exklusiver Online-Beitrag: Solar-Wärmepumpen-Kompaktheizung im Feldtest

Hybrid-Sonnenkollektoren als Wärmequelle

Bild 1
Höhe der CO₂-Emissionen durch die Stromerzeugung in Deutschland von 1990 bis 2013 in [Mio. t] entnommen aus [1].

Bild 2
Gesamter Endenergieverbrauch in Deutschland, vereinfachter Jahresverlauf mit Legende zur Stromproduktion. Abschätzung und Darstellung der Stiftung Energieeffizienz [4]. Strom ist vereinfacht anhand der Stromproduktion gem. [5] veranschaulicht. Verlauf Verkehr gem. [6], Wärme ohne Prozesswärme gem. [7], Prozesswärme und Warmwasser als konstant angenommen. Insofern ist die Deckung des aktuellen Wärmebedarfs über strombasierte Systeme, d. h., insbesondere Wärmepumpen, zumindest in den kommenden Jahren nur zu einem begrenzten Anteil denkbar.

Bild 3
„Solaera“-Energiezentrum, das einen Latentspeicher auf Wasser-Eis-Basis beinhaltet mit Solar-Kombispeicher als kompakte, komplett vormontierte und vollständige Wärmeversorgung

Bild 4a
Energieflüsse des „Solaera“-Systems bei unterschiedlichen Betriebszuständen: Wärmenergie ohne Wärmepumpe

Bild 4b Energieflüsse des „Solaera“-Systems bei unterschiedlichen Betriebszuständen: Niedertemperaturenergie von den Hybridkollektoren

Bild 4c Energieflüsse des „Solaera“-Systems bei unterschiedlichen Betriebszuständen: Niedertemperaturenergie aus der Umgebungsluft

Bild 4d Energieflüsse des „Solaera“-Systems bei unterschiedlichen Betriebszuständen: Wärmepumpe entzieht dem Wasser-/Eisspeicher Niedertemperaturenergie

Bild 5 Eisbildung an den Wärmetauscherflächen des

Bild 6
Rechts die mit „Solaera“ beheizte Doppelhaushälfte. Die linke Doppelhaushälfte wird mit einer herkömmlichen Heizung kombiniert mit thermischer Solaranlage versorgt.

Bild 7
Die Energieverbrauchswerte für Trinkwarmwasser und Heizung über die Monate des Jahres 2014. „HK-Verbrauch“ ist die gemessene, über die Fußbodenheizung gelieferte Wärme, „HK-Verbrauch korrigiert“ ist die gesamte von „Solaera“ gelieferte Heizwärme einschließlich genutzter Abwärme von Speicher und Rohrleitungen bis zu den Wärmemengenzählern.

Bild 9 Tabelle 1: CO₂-Äquivalente für Heizöl, Erdgas und Strom (THG‐ Emissionen) in Deutschland, Stand Sommer 2014 [16]

Bild 9 Tabelle 2: CO₂-Einsparung der „Solaera“-Heizung gegenüber einer Öl- bzw. Gasheizung

Wärmepumpen-Heizsysteme werden einen, wenn auch begrenzten Beitrag für die Wärme-Energiewende leisten können unter der Voraussetzung einer hohen, real erreichten Effizienz, die über den bei Luft-Wärmepumpen üblichen Werten liegen. Im Rahmen eines Feldtests des Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE wurde ein Haus, das mit dem Solarwärmepumpensystem „Solaera“ beheizt wird, einem Monitoring unterzogen. In 2014 wurde eine System-Jahresarbeitszahl von 5,7 gemessen, unter Berücksichtigung der zum Heizen genutzten Abwärme sogar 6,3, womit das System deutlich bessere Werte erreicht als übliche Luft-Wärmepumpen. Die CO₂-Einsparung beträgt 68 bis 75 % gegenüber fossil befeuerten Heizungen.

Typische Solarwärmeanlagen decken nur einen Teil des Wärmebedarfs für Heizung und Warmwasser ab. Der Restenergiebedarf wird durch fossile Energieträger (Öl, Gas), durch Biomasse oder über Strom (in der Regel über Wärmepumpen) bereitgestellt. Aufgrund des immer größeren Anteils an Strom aus erneuerbaren Energiequellen im deutschen Stromnetz könnten aus Sicht der CO₂-Jahresbilanz strombasierte Heizsysteme immer interessanter werden. Tatsächlich stagnierten allerdings die strombedingten CO₂-Emissionen seit 2006 nahezu [1], wobei eine Ursache hierbei die Verschiebung von Atomstrom zu Kohlestrom...

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