Multifunktionelle Nutzung von gebäudeintegrierter Photovoltaik

Multifunktionelle Nutzung von
gebäudeintegrierter
Photovoltaik
Prof.Dr.Ursula Eicker
Zentrum für angewandte Forschung nachhaltige Energietechnik
Multifunktionalität
„
Energetische Funktionalität:
Strom – Wärme – Kälte - Tageslicht
„
Konstruktive Funktionalität
Wetterschutz – Sonnenschutz - Wärmeschutz
Konstruktive Multifunktionalität
Vorgehängte Photovoltaik
Isolierglasverbund
PV Modul
Kaltfassade:
PV Modul
Warmfassade:
To
Luftstrom
Hinterlüftete Doppelfassade
To
Ti
Ti
Meßdaten
Simulation
Okt 01
Jul 01
Apr 01
Jan 01
Okt 00
Jul 00
Apr 00
Jan 00
Okt 99
Jul 99
Apr 99
Jan 99
Okt 98
Jul 98
Apr 98
150
125
100
75
50
25
0
-25
-50
Jan 98
E [MWh] bzw. [%]
Energetische
Multifunktionalität: Strom
Differenz [%]
Messe München: 3761 MWh gemessen, 3736 MWh berechnet
Energetische
Multifunktionalität:
Wärme
60
dach ohne
hinterlüftung
Übertemperatur [K]
50
fassade
ohne
Hinterlüftung
40
dach optimal
30
fassade
gut
hinterlüftet
20
10
0
Frei stehend
Energetische
Multifunktionalität:
Wärme
Jährliche elektrische Energieverluste [%]
12
10
8
Dach ohne
Hinterlüftung
Fassade ohne
Hinterlüftung
6
4
Dach optimal
Fassade gut
hinterlüftet
2
Frei stehend
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Energetische
Multifunktionalität: Kälte
Energetische
Multifunktionalität: Tageslicht
Öffentliche Bibliothek Mataró
Grundfläche: 39mx32m
Zwei Geschosse+UG jeweils1250 m²
Öffentliche Bibliothek Mataró
Mataró Library
Roads/Streets
Non built-up
Areas
Built-up Areas
Hauptfassade 5° aus Südrichtung gedreht
PV-Luftkollektor Fassade
Luftkollektor
PV Module
Mauerwand
1.4m
6.5m
2.08m
38m
Konstruktion
Fassade
6.5 m
Spaltbreite
0.14 m
Aussenluftansaugung
Elementkonstruktion
Fassade
6.5 m
Spaltbreite
0.14 m
Aussenluftansaugung
Elementkonstruktion
Fassade
6.5 m
Spaltbreite
0.14 m
Aussenluftansaugung
Fassade-LuftkollektorKaltfassade
1038 mm
H
aluminium
absorber
max. 163 mm
dimensions
h
26,66 mm
Fassade-LuftkollektorKaltfassade
Fassade-LuftkollektorKaltfassade
Infraro-Thermographie
Fassade
PV-Dachsheds
PV Module
Lage
Modultyp
Modulabmessung (m)
Module
pro
Element
Anzahl
Elemente
Fläche
gesamt
(m²)
Fassade
ASESpezialmodul
B=1,05
H=2,15
3
36
243,8
Shed 1-3
BP Solar
5
30 pro Shed,
insgesamt 90
199
BP252
B=0,987
H=0,448
Photowatt
B=1,012
H=0,452
5
30
68,6
B=1,0
H=0,6
4
6 pro Shed,
insgesamt 24
57,6
180 Elemente
569 m²
Shed 4
PWX500
Shed 1-4
PST
PM6008
A068L
GESAMT
PV-Dachsheds:
amorph und kristallin
PV-Dachsheds
PV Systemtechnik
Lage
Moddultyp
Technologie
Anzahl
Module
Wp/
Modul
Leistung
Wp
MPPSpannung
Modul (V)
DC Spannung Feld
(V)
Wechsel
richter
Fassade
ASE
Polykristallin
108
186
20 088
25
75
3
Solwex
5076
(5kW)
Shed
1-3
BP
Solar
Monokristallin
450
52
23 400
17
85
3
Solwex
5076
Shed 4
Photo
-watt
Polykristallin
150
46
6 900
16.5
82.5
1
Solwex
5076
Shed
1-4
PST
AmorphSemitransparent
96
25
2400
68
68
1
Solwex
2065
(2kW)
Systemkosten: 1167 €/m²
Wechselrichter
8%
Netzkopplung
6%
DC-Verkabelung
5%
Konstruktion
23%
PV-Module
58%
600
400
680
200
544
0
Konstruktion
270
270
270
Kaltfassade mit
Standardmodulen
PV oder Glaskosten
Fassade mit
laminiertem Glas
CURTAIN WALL
800
Dachsheds mit
Standardmodulen
CURTAIN WALL
1000
Fassade mit
Spezialmodulen
CURTAIN WALL
Kosten [Euro/m²]
Kostenvergleich
Systemtechnik
1400
1200
217
237
237
108
544
72
Warmluftnutzung?
Temperaturerhöhung [K]
30
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
PV Fassadenhöhe [m]
T = 0°C
T = 10°C
T = 20°C
T = 30°C
T= 40°C
Warmlufterzeugung –
Transmissionswärmerückgewinnung
Wirkungsgrad:
13-20% thermisch direkt
12% elektrisch
+ 70% Wärmerückgewinnung der
Transmissionswärmeverluste
Thermal energy production [kWh]
Sommerliche
Energieproduktion
25000
20000
15000
10000
5000
0
July
PV facade (225 m²)
PV roof (300 m²)
August
September
Air coll. Facade (50m²)
Air coll. Roof (100m²)
Solarthermisches Kühlen
Luftkollektorfeld
PV-Sheds
Fortluft
Wärmetauscher
Fortluft
Aussenluft
Sorptionsrad
Befeuchter
Heizregister
Abluft
Zuluft
Kompressionskältemaschine
PV- Fassade LuftkollektorfeldFassade
Aussenluft
Aussenluft
Temperaturen
solarthermisches System
100
Luftkollektor
Temperatur [°C]
80
60
PV Austritt
40
Aussenluft
20
0
16.7
Zuluft
17.7
18.7
19.7
20.7
21.7
22.7
23.7
Temperaturen Gebäude
40
Temperatur [°C]
Aussenluft
30
Raumabluft
20
10
Zulufttemperatur
0
8:00
10:00
12:00
14:00
Uhrzeit am 17.7.2002
16:00
18:00
Entfeuchtungsleistung
absolute Feuchte [g/kg]
12
Feuchte nach Sorption gem.
Aussenfeuchte gemessen
10
8
6
Feuchte nach Sorption berechnet
4
2
0
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
Uhrzeit am 17.7.2002
16:00
18:00
Solarthermisches Kühlen
Solarthermisches Kühlen
Gesamtbilanz
Thermische Energie Winter
Thermische Energie Sommer
Jährliche elektrische Energie
400
Energie (kWh/m²)
350
130
300
250
200
90
130
150
100
63
50
80
235
110
0
PV Fassade
PV Sheddach
Verglaste Fassade
Zusammenfassung
POLYGENERATION:
Multifunktionelle Nutzung
PV - Warmluft –Kälte - Tageslicht
energetisch, funktional und finanziell
sinnvoll