Forschungsprojekt
Maximale Regenerativ-Eigenstrom- und -Wärme-Versorgung
Das Projekt »Sol2Heat« am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbindet eine Wärmepumpe mit thermischen Solarkollektoren als Wärmequelle mit modularen thermischen Speichern und Photovoltaikmodulen sowie einem Energiemanagement, das Verbraucher mit schwankender Stromerzeugung synchronisiert.
Über Wärmepumpen geladene thermische Speicher bieten eine Möglichkeit, Energie in Zeiten schwankender regenerativer Energieerzeugung vorzuhalten. Das Verbundprojekt »Sol2Heat – Intelligente Erzeugung und Speicherung von Solarwärme und -strom zur Realisierung hoher solarer Deckungsanteile und zum Lastmanagement« kombiniert ein Wärmepumpen-Heizsystem mit Photovoltaik und einer intelligenten Steuerung. »Dadurch wird es möglich, Heizung und Stromversorgung zu koppeln, den Primärenergieeinsatz zu minimieren und CO2-Emissionen zu reduzieren«, erklärt Projektleiter Tillman Faßnacht vom Fachgebiet Bauphysik & Technischer Ausbau des KIT. Dabei verbinden die Wissenschaftler ein Wärmepumpenheizsystem mit Photovoltaikmodulen, die Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umwandeln.
Alternativ setzen sie PV/T-Module ein; die Photovoltaik-Zellen und solarthermische Kollektoren kombinieren und aus der Sonnenenergie sowohl Strom als auch Wärme erzeugen. Ein innovatives modulares thermisches Speichersystem nimmt überschüssige Wärme auf und hält sie zur Nutzung bereit. Das integrierte Energiemanagement nutzt sämtliche thermischen Speicher einschließlich der Masse des Gebäudes aus, bezieht neben der Wärmepumpe und der Photovoltaik- oder PV/T-Anlage auch Haushaltgeräte ein und berücksichtigt Anreize der Energieversorger, wie beispielsweise zeitlich variable Stromtarife. Ziel ist, den Solaranteil in der Energieversorgung des Gebäudes zu maximieren, Betriebskosten zu minimieren und das Netz zu entlasten.
Eine im Rahmen des Projektes durchgeführte Simulationsstudie zum Einsatz von PV- oder PV/T-Modulen in dem angestrebten System zeigt, dass durch den Einsatz von PV/T-Modulen als Ersatz für die bisher bei der solaren Wärmepumpe eingesetzten Solarthermie-Luft-Kollektoren zwar der Stromverbrauch des Systems steigt, aber dank der Stromerzeugung durch PV/T in der Jahresbilanz deutlich weniger Strom aus dem Netz benötigt wird. Weiter haben Sie für die Kopplung des Systems mit PV/T-Kollektoren eine Basisregelstrategie entworfen, welche die optimale Speicherung von lokal erzeugtem Strom als Wärme erlaubt.
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