Möglichkeiten zur optimalen Nutzung und Kombination

von Photovoltaik, Wärmepumpen und Solarthermie Energie Apéro Luzern, 11. Mai 2015

Inhalt

_ Energie von der Sonne: Aktuelle Preise und Wirkungsgrade von Photovoltaik und Solarthermie

_ Resultate von Vergleichsstudien:

Wie können wir mit vergleichen?

_ Sinnvolle Konzepte

_ Projektbeispiele

_ Fazit

drei Abkürzungen:

PV = Photovoltaik, ST = Solarthermie, WP = Wärmepumpe

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Vergleich Wirkungsgrade PV+WP versus ST

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_ Wirkungsgrade PV+WP etwa gleich wie ST

_ Flächenbedarf für PV + WP ist der gleiche wie für ST

Solarwärme und Photovoltaik - ein Technologievergleich. Bericht des Bundesrates in Erfüllung des Postulates 11.3350 und der Motion 11.3417, Februar 2015

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34% - 64%

Vergleich Ertrag pro Fläche: PV+WP versus ST (EFH)

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_ Annahme: 30 m2 Fläche für PV+ST

_ Luft-Wasser-WP: JAZ=2.6

_ Sole-Wasser-WP: JAZ=3.3

_ ST ist besser bis 8 resp.14 m2

Solar Campus GmbH, Stephan Mathez

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Fallbeispiel Einfamilienhaus

Vergleich Kosten (schlüsselfertig)

PV-Anlage (ohne WP)

_ Min. CHF 8000.- / Anlage

_ Grossanlagen: CHF 2’000.- / kWp = 285.- / m2

_ Kleinanlagen: CHF4’000.- / kWp = 570.- / m2

_ 15 – 30 Rp. / kWh el.(ohne Wärmepumpe)

Solarthermische Anlage

_ «CHF 14’000.- pro Anlage» (Brauchwarmwasser EFH)

_ CHF 2’000.- pro m2

_ 20 – 40 Rp. / kWh

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Vergleich Kosten (schlüsselfertig)

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_ Gestehungs-kosten für Energie sind etwa gleich bei PV und ST (ohne Förderung)

Solarwärme und Photovoltaik - ein Technologievergleich. Bericht des Bundesrates in Erfüllung des Postulates 11.3350 und der Motion 11.3417, Februar 2015

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Brauchwarmwasser: Primärenergiebedarf

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_ ST ist etwa gleichauf mit PV+WP.

_ Je höher die Wassertemperatur, desto besser wird ST.

_ «Wärmeklau»: WP-Boiler nicht in einem geheizten Raum installieren.

_ Bilanzzeitraum: In der Jahresbilanz schneidet PV+WP besser ab, braucht aber das Stromnetz als Speicher.

_ Abbildung links: Zeitraum 1 Jahr und 1 Tag (Ausgangsvariante).

Quelle: BFE, Technologievergleich solare Brauchwarmwassererwärmung für Einfamilienhäuser, Photovoltaik und Wärmepumpe im Vergleich mit Solarthermie (SolVar-BWW), Dez. 2014

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Brauchwarmwasser: Kosten pro kWh

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_ PV + WP (blau) deutlich günstiger als ST (grün)

_ Nur Verzicht auf PV + ST ist noch günstiger (heutige Strompreise)

_ Ohne Förderungen

Quelle: BFE, Technologievergleich solare Brauchwarmwassererwärmung für Einfamilienhäuser, Photovoltaik und Wärmepumpe im Vergleich mit Solarthermie (SolVar-BWW), Dez. 2014

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Rp. pro kWh

Wärmepumpe: Hilft, aus zu machen.

_ Aus einem Teil Strom (kWh) werden drei Teile Wärme (kWh) gemacht

_ Typische Wirkungsgrade (Jahresarbeitszahlen, JAZ)

_ Luft-Wasser: ~2.5

_ Sole-Wasser: ~3.5

_ Deutlich höhere JAZ sind möglich, wenn:

_ Die Sole-Temperatur höher ist (z. B. Regeneration Erdsonde)

_ Die benötigte Wärme ein tieferes Temperaturniveau hat (z. B. <30°C)

_ Die Arbeitstemperaturen genauer festgelegt werden und die Technologie weiterentwickelt wird

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PV-Heater

_ Schliesst 6 PV-Module parallel an Speicher

_ Identische Systemgrenzen wie ST

_ Installation durch Heizungsinstallateur

_ Energieüberschüsse, welche thermisch nicht gespeichert werden können, gehen verloren

_ Effizienz des PV-Systems grösser im Winter, Effizienzdes ST-Systems grösser im Sommer

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Exkurs: Wo = gilt (1)

Exkurs: Wo = gilt (2)

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PV-Heater

_ 6 PV-Module, 9.6 m2

_ Systemspannung < 50V

_ Anschluss DC an PV-Heater (netzunabhängig)

_ Speicher 400 l

_ Solarer Deckungsgrad Warmwasser: 70%

_ Kosten: ca. CHF 8’000.-

Solarthermische Anlage

_ 5 m2 Kollektorfläche

_ Pumpe, Verrohrung, Frost-und Überhitzschutz

_ Speicher 600 l

_ Solarer Deckungsgrad Warmwasser: 70%

_ Kosten: ca. CHF 14’000.-

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PV-Heater

_ Benötigt die doppelte Fläche der ST-Anlage, ist jedoch günstiger. Die Erträge sind gleich.

_ Der PV-Heater hat gegenüber einer PV-Anlage viele Nachteile:

_ Überschussenergie geht verloren, Weiterverwendung des Stroms nicht möglich

_ Wärmepumpe (COP) nicht möglich � Elektrodirekt

_ Lastregelung (zur Stabilisierung der Stromnetze) nicht möglich

_ System der Zukunft: WP oder WP-Boiler + PV-Anlage

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Exkurs: Wo = gilt (3)

Sinnvolle Kombinationen

_ PV + WP (Warmwasser und Heizung)

_ PV + WP + Regeneration Erdreich mit ST (auch hybrid)

_ PV + Fernwärme

_ Öl/Gas/Holz + ST für Wärme + PV für Strom

_ PV + WP für Wärme, ST für Prozesswärme und / oder solare Kühlung

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Weniger sinnvolle Kombinationen

_ WP und ST (Ausnahme: Regeneration Erdreich / Speicher)

_ ST und Fernwärme

_ ST und Abwärmenutzung

� in diesen Fällen wird die Dachfläche besser für PV genutzt.

Hinweis: In einem speziellen Projekt kann auch eine dieser

Kombinationen erfolgreich zur Anwendung kommen!

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Projektbeispiel: Geschäftshaus C, Esslingen (1)

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_ Minergie P ECO

_ 94 m2 ST

_ 44 kWp PV (ca. 300 m2)

_ ST wärmt Erdreich auf (Saison-speicher), bis ca. 27 °C

Basler & Hofmann AG

Projektbeispiel: Geschäftshaus C, Esslingen (2)

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_ Sommer

_ ST heizt Erdreich und Brauchwasser

_ Winter

_ ST und Erdreich heizen Gebäude

_ Bei Bedarf wird WP zugeschaltet

Basler & Hofmann AG

Fallbeispiel pro Solarthermie

_ Neubau EFH, Gasheizung

_ Komplizierte Dachform,evtl. teilverschattet

_ Optisch traditionelles Erscheinungsbildgewünscht

_ Begrenztes Budget von CHF 10’000-15’000.-, soll in Sonnenenergienutzung investiert werden

_ Entscheidung: Solarthermie, Solarer Deckungsgrad Brauchwarmwasser ca. 60-70%

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Symbolbild: http://www.architektur-studer.ch/images/fassade27.7.10001.jpg

Fallbeispiel pro Photovoltaik

_ Neubau EFH, Wärmepumpe

_ Optisch traditionelles Erscheinungsbildgewünscht

_ Begrenztes Budget von CHF 5’000-10’000.-, soll in Sonnenenergienutzung investiert werden

_ Entscheidung: Photovoltaik, Solarer Deckungsgrad mit Wärmepumpe ca. 60-70%, Überschuss Eigenverbrauch oder Netzeinspeisung

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Symbolbild: http://www.dachdeckerei-f-schmidt.de/solar.htm

Eigenverbrauch von Solarstrom

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_ Mit einer WP kann der Eigenver-brauchsanteileiner PV-Anlage erhöht werden.

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uc

hs

an

teil

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Netto-Solarstromanteil / %

WP 24h, WW Nacht

WP Tag, WW Nacht

WP Tag, WW geregelt

online Simulationstool:www.eigenverbrauchsrechner.ch

Fallbeispiel PV+WP+ST

_ Neubau EFH, Wärmepumpe

_ Hohe Dichte an WP in Nachbarschaft

_ Pflicht zur Regeneration der Erdsonde

_ PV für Allgemeinstrombedarf und WP

_ ST für Regeneration Erdreich, ggf. hohe Temperaturen im Sommer direkt für Warmwasser

_ Alternativ: Hybridkollektoren

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Symbolbild: http://www.solarthermie.net/faq/ solarthermie-oder-photovoltaik

Hat Solarthermie eine Zukunft?

Meinungen / Gedanken

_ Schwierig für WW / Heizungsunterstützung im EFH-Bereich

_ Ja, für technisch sehr einfache Systeme

_ Ja, zur Deckung von hohem Wärmebedarf imSommer bei hohen Temperaturen (Prozesswärme, Fernwärmenetze)

_ Vielleicht, bei sehr knappen Flächen /starken Verschattungen

_ neue Innovationen? � Kombikollektor,Regenerierung Erdsonde, ...

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Fazit (1)

_ Indikatoren für Eignung Solarthermie:

_ Hoher Wärmebedarf, insb. im Sommer

_ Tiefe Vorlauftemperatur im Heizsystem

_ Hoher Heizenergiebedarf in der Übergangssaison

_ Keine Wärmepumpe, Warmwasserspeicher muss ersetzt werden

_ Indikatoren für Eignung Photovoltaik:

_ Wärmepumpe vorhanden

_ Keine grossen Eingriffe in Haustechnik erwünscht

_ Grosse Dachfläche verfügbar, Dachsanierung steht an

_ knappes Budget (!)

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Fazit (2)

_ Strom werden wir immer brauchen, er ist flexibel einsetzbar und transportierbar. Mit Photovoltaik liegen Sie nie falsch!

_ Wärme kann direkt (Solarthermie) oder indirekt (Photovoltaik) von der Sonne gewonnen werden. Die bessere Lösung zeigt sich projektspezifisch. Oft hat Photovoltaik heute die besseren Karten.

_ Ist in einem Gebäude sowieso eine Wärmepumpe vorgesehen (wie in ~80% der Neubauten), ist PV eigentlich immer günstiger und effizienter als ST.

_ ST ist nur interessant, wenn der grösste Teil der Wärme genutzt werden kann, d.h. tendenziell bei kleinen Anlagen.

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Herzlichen Dank für Ihre AufmerksamkeitLuzern, 11. Mai 2015

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Christof Bucher, Projektleiter, 044 387 13 80christof.bucher@baslerhofmann.ch

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