Bachelorarbeit Autonome Solarstromwand zur Maximierung des Eigenverbrauchs Swiss Green Economy Symposium, Winterthur 06.11.2015 ZHAW, SoE, IEFE Thomas Baumann
Zürcher Fachhochschule
Inhalt • • • • • • • • •
Projektteam Stand der Technik Heutige Preise Warmwasser aus Solarenergie Konzept und Funktionsweise Solarwand Simulationen Messresultate Energiegestehungskosten Solarwand Anwendungsbeispiele Zusammenfassung und Ausblick
06.11.2015 Zürcher Fachhochschule
ZHAW, SoE, IEFE, Thomas Baumann, SGES-Innovationsforum „Innovationsperlen der ZHAW“
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Projektteam • Verfasser der Bachelorarbeit: – Raphael Knecht – Daniel Lantschner
• Betreuung: – Prof. Dr. Franz Baumgartner – Dr. Hartmut Nussbaumer – Thomas Baumann
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Raphael Knecht und Daniel Lantschner mit dem Diplom des Klimaschutz-Preises 2015 von myblueplanet und der Johann Jacob Rieter-Stiftung
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Heute übliche Warmwasser Systeme Standard Wirkungsgrade vom Solarinput zur Wärmeleistung Solarthermie: 30 % bis 60 %
Photovoltaik + WP: 24 % bis 64 %
+ Kollektor η = 50 %
η = 16 %PV ∙ 3.1WP,JAZ = 50 % JAZ = Jahresarbeitszahl
Quelle: Bundesamt für Energie (BFE); Solarwärme und Photovoltaik – ein Technologievergleich; 25.02.2015 http://www.news.admin.ch/NSBSubscriber/message/attachments/38426.pdf Franz Baumgartner, 16.09.2015; EUPVSEC
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Photovoltaik auf dem Dach und Wärmepumpe im Keller = Warmwasser • • • •
Wärmepumpe 500 Wel
Warmwasserspeicher 300 l
Hardwarekosten ~ CHF 2’200 ohne Installation
Photovoltaik
Kein Warmwasser auf dem Dach Tiefere Installationskosten Hohe Zuverlässigkeit Erhöhung des PV-Eigenverbrauchs
Franz Baumgartner, 16.09.2015; EUPVSEC
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Kosten Warmwasser aus Solarenergie in der Schweiz Solarthermie
Photovoltaik
Gestehungskosten (2013)
Förderbeiträge (2012 bis 2014) Kantone 2012
(< 10 kWp = EV) Quelle: Bundesamt für Energie (BFE); Solarwärme und Photovoltaik – ein Technologievergleich; 25.02.2015 http://www.news.admin.ch/NSBSubscriber/message/attachments/38426.pdf Franz Baumgartner, 16.09.2015; EUPVSEC
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Solarthermie – Arbeitskosten 2014 Gesamtpreis Solarthermie System
Zusammensetzung des Gesamtpreises
Arbeitskosten für Installation
~ 50 Arbeitsstunden für Installation einer Solarthermie Anlage Quelle: M. Müller et al.; «Preise und Kosten thermischer Solaranlagen»; Ernst Basler + Partner AG; 04.11.2014 www.ebp.ch/files/pdf/20141104_preisanalyse_solarwaerme.pdf
Schlussfolgerung für neue Systeme: Reduktion der Arbeitskosten ist unumgänglich Franz Baumgartner, 16.09.2015; EUPVSEC
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Vom Konzept zum Funktionsmuster Reduktion der Arbeitskosten durch Vormontage in der Fabrik
1 kWp PV 12 x 85 Wp CIS STO Art Inlay Output:
Franz Baumgartner, 16.09.2015; EUPVSEC
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Technische Daten des Solarwand-Funktionsmusters
Komponente
Daten
PV Module
12 x Manz CIGS 85 Wp
PV Inverter
SMA SB 1300TL
Wärmepumpe
Ochsner Europa Mini IWP, Pel = 500 W, JAZmax = 4.4
Warmwassertank
2.5 x 0.2 x 0.6 m3 = 300 l (Eigenbau)
Batteriesystem
Nicht ausgeführt (optional)
Abmessungen
2.4 m hoch, 3.6 m breit
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Energiefluss Simuliert mit Polysun
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Simulation Jahres PV Produktion mit PVsyst 300 W Schwellwert: 61.5 % vom Jahresertrag 500 W Schwellwert: 28.3 % vom Jahresertrag
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Funktionsweise
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PV-Fassade 1kWp, 680 kWh/a
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Wechselrichter
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Knotenpunkt
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WP-Kreisprozess
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Abluftnutzung als Vorlauf WP
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Kalter Luftstrom zum Kühlen
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Sekundärkreislauf Wasser
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Ladepumpe Q = 0.5 m3/h
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Speicher 300 l
10
2 1
5 3
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Schnittstelle zur Hausinstallation 4
9 8
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Messresultat: + 33 °C in 4.5 h von 300 Liter Wasser
80 % Solarstrom
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Energiegestehungskosten Komponente
Anzahl
Kosten
PV Fassade und Inverter
1 kWp
CHF 3000.-
300 Liter
CHF 2650.-
Wassertank und Wärmepumpe Installation und Material
CHF 3000.-
Gesamtinvestitionskosten
CHF 8650.-
Elektrischer Ertrag aus PV
681 kWh/a
Verwendbarer PV-Ertrag (60 %)
409 kWh/a
Überschuss PV-Ertrag (40 %)
272 kWh/a
CHF - 81.-
Energie aus Netz
105 kWh/a
CHF 32.-
Total elektrische Energie für Wärme
514 kWh/a
Durchschnittliche JAZ der Wärmepumpe Systemertrag Wärme Betriebsjahre Systemertrag Betriebsjahre
3.7 1900 kWh/a 20 Jahre 38’000 kWh
Total PV-Ertrags Überschuss
5440 kWh
CHF - 1620.-
Total Energie aus Netz
2100 kWh
CHF 630.-
Inverter Tausch nach 10 Betriebsjahre
CHF 500.-
Total
CHF 8160.-
Gestehungskosten Wärme 06.11.2015 Zürcher Fachhochschule
0.215 CHF/kWhWärme
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Anwendungsbeispiele • Fertighausmarkt • Mehrfamilienhäuser • Haussanierung kein weiteres Wärmeerzeugungssystem für Warmwasser notwendig skalierbar und modular
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Zusammenfassung und Ausblick • Funktionsmuster läuft • Weiterführende Arbeiten und Ideen – Messungen über längeren Zeitraum – Optimierung des Wassertanks (Temperaturschichtung) oder Verwendung Latentwärmespeicher – Entwicklung kleine und modulierende Wärmepumpe – Integration Batteriespeicher – Suche nach Industriepartner für Weiterentwicklung, Marketing und Verkauf
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Solar Wings, 650 kW Lonza Solarpark, Waldshut Zürcher Fachhochschule
Solar Wings, 60 kW, Tenna
Swiss Green Economy Symposium 2015 in Winterthur
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