Hybridkollektoren und Saisonspeicherung Roman
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Wie versorgen wir den Schweizer Gebäudepark CO2frei mit Energie (Strom und Wärme)? Dr. Roman Gysel, Leiter Projekte, Energy Systems, Meyer Burger AG Technische Herausforderungen 1. Elektrizitätsnetz nicht überlasten am kältesten Tag im Jahr 2. Grosses Wärmeangebot im Sommer, grosser Bedarf im Winter 3. Strom- und Wärmeversorgung: Flächenkonkurrenz am Gebäude? 2 1 Gesamtsystem: 2Sol Dachanlage: Herausforderungen durch Meyer Burger gelöst. Herausforderungen: Integrale Planung und Simulation des Gesamtsystems 2Sol: Dokumentation und Erfahrung Herausforderungen: Leistungsübergabe Auslegung der Wärmetauscher, Pufferspeicher, Erdwärmesonden Ernten Umwandeln Speichern 3 1. Erhöhung der Effizienz von Wärmepumpen (auch an kalten Tagen!) Möglichst hohe Quelltemperaturen Möglichst tiefe Systemtemperaturen Stadt Zürich, Erhöhung der Quellentemperatur von Wärmepumpen, Sept 2011. 4 2 2. Erdreich als saisonalen Zwischenspeicher nutzen 3. Hybridkollektoren nutzen: Wärme + Strom Sehr dünne Bauweise Optimiert für Temperaturen bis 35°C Leistung elektrisch: 275 W bei STC Leistung thermisch: min. 900 W bei eta0 Niedertemperaturwärme 3 Kollektorvergleich (Wärme) Kollektorkonzept: Unabgedeckt, ungedämmt und ungerahmt Gedämmt und abgedeckt Kollektorbezeichnung Hybridkollektor Schwimmbadabsorber Flachkollektor Röhrenkollektor Betriebstemperaturen 20-40°C 20-40°C 50-70°C < 90°C 80°C 90°C 150°C > 300°C - Poolheizung - Luftabsorber für WPSysteme - WW-Erwärmung - Heizungsunterstütz ung Max. Stagnationstemperatur ca. Anwendung - ErdsondenRegeneration - EisspeicherRegeneration - Schwimmbadheizung - WW-Vorerwärmung - WW-Erwärmung - Heizungsunterstützung - Prozesswärme - solare Kühlung 7 Warum nicht thermische Langzeitspeicher In speziellen Fällen einsetzbar (Neubau, Raumverhältnisse gegeben) 4 El. Leistung Vorteil Hybridkollektor: Grösserer elektrischer Ertrag Temperatur Bei 25°C statt 65°C: +20% an Leistung statt 228 W nun 275 W Erwartete Bruttowärmeerträge Bruttowärmeertrag Hybridkollektor kWh/m2 1'200 180 für Bern (10°) in Abhängigkeit von der Kollektormitteltemperatur (Tm) Globalstrahlung 160 1'000 140 120 100 600 80 400 200 Elektrischer Ertrag kWh/m2 800 Bruttowärmeertrag (Tm=10°C) Bruttowärmeertrag (Tm=20°C) Bruttowärmeertrag (Tm=30°C) 60 40 20 0 0 Jahresertrag 5 Beispiel: Oberfeld Ostermundigen 11 Beispiel: Oberfeld Ostermundigen Wohnungen 100 Minergie-P-Eco Wärmebedarf < 30 kWh/m²/Jahr Erdwärmesonden 18 à 190 m, 1 à 300m Haus B (eines von drei Häusern) 75 kW WP Wärme 40 kW WP BWW PVT-KollektorFläche 1’300 m² (Haus B: 630 m²) 12 6 Resultate 1. Erdwärmesondenfeld: Wärmerückspeisung/Wärmebezug? 2. Temperaturänderungen der Erdwärmesonden? 3. Effizienz Thermiekollektorfeld, thermisch und elektrisch? 4. PVT-Kollektoren: Messdaten/Plandaten? 13 Wärmebezug der Wärmepumpen Energie für Warmwasser steigt von August bis Februar 14 7 Erdwärmesonden-Temperaturen Regeneration bis November Dann Tagesmitteltemperatur < 10°C: keine Regeneration mehr zu EWS von EWS 15 Wärmeertrag und -bedarf Produktion / Bezug ≈ 60% Ertragsprognose Anteil August-Jan am Gesamtjahr: 33% 16 8 Erwartete Bruttowärmeerträge Bruttowärmeertrag Hybridkollektor kWh/m2 1'200 180 für Bern (10°) in Abhängigkeit von der Kollektormitteltemperatur (Tm) 160 1'000 140 kWh/m2 800 Globalstrahlung Bruttowärmeertrag (Tm=10°C) Bruttowärmeertrag (Tm=20°C) Bruttowärmeertrag (Tm=30°C) 120 100 600 400 200 Elektrischer Ertrag 80 60 40 20 0 0 Jahresertrag Vergleich Prognose und gemessen Standort Bern, Installation 0° 0° flach - Referenzjahr gegenüber Messdaten 180 Einstrahlung gemessen Therm. Ertrag gemessen 160 140 Globalstrahlung Bruttowärmeertrag bei Tm=20°C Bruttowärmeertrag bei Tm=30°C kWh/m 120 100 80 60 40 20 0 Grund für August-Abweichung? 18 9 Effizienz Gemessen: 34% der Einstrahlung genutzt (nur thermisch!) Aus Bruttowärmeertrag (@25°C): ca. 37% (+16% elektrisch) 19 Fazit Lösungen sind gebaut, funktionieren! – Hybridkollektor – Erdwärmesonden – Wärmepumpen Erträge entsprechen bis jetzt den Erwartungen Sicherheit! Meyer Burger unterstützt Sie! – Planung: Erfahrung und Planerdokumentation vorhanden: [email protected] – Komponenten: Herstellung von Hybridkollektoren in GWatt (Thun) 20 10 Suurstoffi – Rotkreuz Niedertemperatur-Nahwärmenetz 600 kWp elektrisch 2000 kWp thermisch Bau März-Dezember 2014 Zero-Zero (Emissionen, Energie) Kommen Sie an Bord! 22 11
