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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

Energie Apéro Luzern | 11. Mai 2015 | Christof Bucher2

Vergleich Wirkungsgrade PV+WP versus ST

Energie Apéro Luzern | 11. Mai 2015 | Christof Bucher

_ 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


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

5 Energie Apéro Luzern | 11. Mai 2015 | Christof Bucher

Vergleich Kosten (schlüsselfertig)


_ 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


_ 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


_ 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


Exkurs: Wo = gilt (1)


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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



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


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!


Projektbeispiel: Geschäftshaus C, Esslingen (1)


_ 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)


_ 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%


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


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

Eigenverbrauch von Solarstrom


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

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uc

hs

an

teil

/ %

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


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, ...


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 (!)


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.


Herzlichen Dank für Ihre AufmerksamkeitLuzern, 11. Mai 2015


Christof Bucher, Projektleiter, 044 387 13 [email protected]

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