Forscher am deutschen Frauhofer ISE haben die Leistung einer Wohnwärmepumpe analysiert, die an eine auf Batteriespeichern basierende PV-Anlage auf dem Dach angeschlossen ist, und haben herausgefunden, dass diese Kombination die Leistung der Wärmepumpe erheblich verbessert und gleichzeitig die Eigenverbrauchsquote der Solaranlage erheblich erhöht.
Eine Gruppe von Forschern am deutschen Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) untersuchte die Leistung von Smart-Grid-fähigen Wärmepumpen (HPs) in Kombination mit Solarstromerzeugung auf Dächern und Batteriespeichern in Einfamilienhäusern und stellte fest, dass sowohl PV-Arrays als auch Batterien können die Leistung der Wärmepumpen deutlich verbessern.
Smart-Grid-fähige WPs können vom Netzbetreiber in Zeiten hoher Netzlast abgeschaltet werden. Sie bieten außerdem den Vorteil, den PV-Eigenverbrauch zu maximieren, indem sie ihren Betrieb an den verfügbaren Solarstrom anpassen.
„Der Smart-Grid-Ready-Modus wird aktiviert, wenn die Batterie vollständig geladen ist oder mit maximaler Leistung lädt und noch PV-Überschuss vorhanden ist“, sagten die Wissenschaftler und stellten fest, dass Smart-Grid-Ready-WW ihren Betrieb in einem Netz anpassen können. orientierte Weise. „Umgekehrt ist die Auslösebedingung erfüllt, wenn die momentane PV-Leistung mindestens 10 Minuten lang niedriger bleibt als der Gesamtbedarf des Gebäudes.“
Die Wissenschaftler analysierten insbesondere die Leistung eines PV-HP-Systems anhand von Felddaten mit einer Auflösung von einer Minute aus einem 1 erbauten Doppel-Einfamilienhaus in Freiburg, Süddeutschland. Das Haus hat einen jährlichen Heizwärmebedarf von 1960 kWh/m²a und eine beheizte Wohnfläche von 84.3 m2.
In ihrer Analyse wurde untersucht, wie sich die intelligente Steuerung des Solar-plus-Speichersystems auf die Leistung der Wärmepumpe auswirken kann. Dabei wurden wichtige Leistungsindikatoren (KPIs) wie Eigenverbrauchsquote, Solaranteil, Jahresarbeitszahl und Heizkurve berücksichtigt. „Es kann sinnvoll sein, die Leistung der Wärmepumpe nur für den aus dem Netz bezogenen Strom zu bewerten“, erklärten sie. „Dieser Ansatz basiert auf der Annahme, dass der von heimischen PV- und Batterieanlagen erzeugte Strom für Hausbesitzer praktisch kostenlos ist.“
Die vorgeschlagene Systemkonfiguration umfasst eine 13.9-kW-Erdwärmepumpe für Raumheizung und Warmwasserbereitung (Warmwasser), eine nach Süden ausgerichtete 12.3-kW-PV-Anlage mit einem Neigungswinkel von 30 Grad, einen 12-kW-Wechselrichter und eine DC-gekoppelte Anlage Batterie mit einer Kapazität von 11.7 kWh.
Die Analyse ergab, dass die PV-WW-Anlage im Jahresverlauf eine durchschnittliche Eigenverbrauchsquote von 42.9 % erreichen konnte, wobei die höchsten Spitzen im Winter erreicht wurden. „Im Gegensatz dazu führt ein hoher PV-Überschuss zu einem geringeren Eigenverbrauch im Sommer, typischerweise während der Hauptstunden der Sonneneinstrahlung“, erklärte das Forschungsteam. „Eine größere Batteriekapazität würde helfen, den Eigenverbrauch zu maximieren; Dies bedeutet jedoch auch, dass in den Wintermonaten mit begrenzter PV-Überschussleistung ein Großteil der Batteriekapazität ungenutzt bleiben würde.“
Die Wissenschaftler fanden außerdem heraus, dass das Solar-plus-Speicher-System rund 36 % des Strombedarfs der Wärmepumpe decken konnte. „Aufgrund der höheren Senkentemperaturen sinkt der Wirkungsgrad der WP im Warmwasserbetrieb um 5.7 % und im Raumheizbetrieb um 4.0 %“, heißt es weiter. „Die Ergebnisse zeigten, dass sich durch die Berücksichtigung des der Wärmepumpe zugeführten PV-Stroms die Jahresarbeitszahl von 4.2 auf 5.2 erhöhte. Bei Betrachtung der kombinierten Versorgung der Wärmepumpe aus PV und Batterie erhöhte sich die Jahresarbeitszahl auf 6.7.“
Sie stellten jedoch auch fest, dass die intelligente Steuerung aufgrund erhöhter Vorlauftemperaturen die Effizienz der Wärmepumpe negativ beeinflussen könnte. „Eine Langzeitbewertung auf Systemebene, bei der die Auswirkungen von Speicherverlusten und die wirtschaftliche Leistung berücksichtigt werden, kann die Auswirkungen einer intelligenten Steuerung auf das System besser beurteilen“, schlussfolgerten sie.
Ihre Ergebnisse sind in der Studie „Analyse der Leistung und des Betriebs eines Photovoltaik-Batterie-Wärmepumpensystems auf Basis von Feldmessdaten“ verfügbar, veröffentlicht in Fortschritte in der Solarenergie.
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Quelle aus pv Magazin
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