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Solar-Elektrische Klimatisierung

BMWI/ Projektträger Jülich

01/2016 – 12/2018

Carsten Heinrich

+49-351-4081-709

PV-gekoppeltes Mono-Split-Gerät mit Eisspeicher

Motivation für die Eisspeicherintegration in Mono-Splitklimageräte zur solar-elektrischen Kühlung

Sowohl in Wohngebäuden als auch in gewerblichen Gebäuden werden zunehmend dezentrale Klimageräte eingesetzt, die Heizen und Kühlen können. Der gewünschte Komfortgewinn ist verbunden mit einem erhöhten Verbrauch elektrischer Energie vor allem zu Spitzenlastzeiten sowie der Emission von Treibhausgasen (sowohl indirekt durch konventionelle Stromerzeugung als auch direkt durch Kältemittelleckagen). Um diesen Problemen zu begegnen werden seit einigen Jahren verstärkt solar angetriebene Kältetechnologien sowie der Einsatz von natürlichen Kältemitteln mit geringerem GWP-Wert entwickelt und eingesetzt.

Die Zahl solarthermischer Kälteanlagen steigt, allerdings auf niedrigem Niveau. Eine stärkere Marktdurchdringung wird vor allem durch die vergleichsweise hohen Investitionskosten bisher installierter Anlagen und die Komplexität der Systeme behindert. In einer Studie wiesen in allen betrachteten Anwendungsfällen PV basierte Kompressionskältesysteme geringere Kosten der CO2-Vermeidung und in vielen Systemen auch höhere anteilige Primärenergieeinsparungen auf als einstufige solarthermische Verfahren.

Ein Problem Sonnenstrom basierter Lösungen ist die fehlende Verknüpfung zwischen PV-Anlage und Klimaanlage/Wärmepumpe in nahezu allen bisherigen Anwendungen. Die PV-Anlage wird in der Regel netzgekoppelt betrieben und speist v.a. in den strahlungsreichen Mittagsstunden Strom ins Netz ein. Im Privat-/Wohnbereich wird die Klimaanlage / Wärmepumpe jedoch meist erst am Abend eingeschaltet, wenn die Bewohner ins Haus zurückkehren. Dies führt zu dem paradoxen Effekt, dass durch die Einspeisung über die Mittagszeit ein Überangebot an PV-Strom in die Netze drängt und gleichzeitig die betriebsbedingte Lastspitze am Nachmittag/Abend nicht gedämpft wird. Dadurch sinkt die Akzeptanz von PV-Anlagen bei Stromversorgern und ein erhebliches Potenzial des lokalen Eigenverbrauchs bleibt ungenutzt.

Projektinhalt und -ziele von SolarSplit

Im Rahmen des Verbundvorhabens SolarSplit mit Partnern aus Industrie und Forschung sollen neue technische Lösungen zur verstärkten Nutzung photovoltaisch erzeugten Stroms zur Kälte- und Wärmeversorgung von Gebäuden entwickelt werden. Primäre Ziele sind die Erhöhung des Eigenverbrauchs von Solarstrom bei gleichzeitiger Reduktion der Netzbelastung durch den Einsatz thermischer Speicher sowie Reduktion der Emission klimaschädlicher Treibhausgase.

Diese Ziele sollen erreicht werden durch:

  • Erarbeitung der Anforderungsprofile und Randbedingungen für Klimatisierungssysteme zum Kühlen und Heizen von Gebäuden

  • Erstellen von Systemkonzepten zur intelligenten Integration eines thermischen Speichers im Anlagensystem mit elektrisch angetriebenem Klimagerät und photovoltaischer Stromerzeugung

  • Erstellen eines in ein Smart-Home-System integrierbaren und auf Wetterdaten prognose-basierten Regelungsalgorithmus

  • Entwicklung eines Klimagerätes mit integriertem thermischen Speicher unter Verwendung eines natürlichen Kältemittels mit geringen GWP-Wert (z.B. Propan)

Verbundpartner

Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. (ZAE Bayern)

Hochschule für angewandte Wissenschaften München

Swegon Climate Systems Germany GmbH

Thermofin GmbH


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