SolVar-BWW – Technologievergleich solare Brauchwarmwassererwärmung: Photovoltaik und Wärmepumpe im Vergleich mit Solarthermie

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/500895
• Projekttitel Englisch: SolVar-BWW – Comparison of technologies for domestic hot water supply: photovoltaic and heat pump in comparison with solar heat

Schlüsselwörter (Englisch)

Comparison of technologies, domestic hot water supply, solar heat, photovoltaic, heat pump.

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die solare Brauchwarmwassererwärmung erfolgt aktuell fast ausschliesslich mit solarthermi-schen Systemen. Die Kombination von Photovoltaik und Wärmepumpe ist eine neuere Option der solaren Brauchwarmwassererwärmung.
Abhängig von den Randbedingungen und Systemgrenzen weisen beide Systeme Vor- und Nachteile auf. Offene Fragen bestehen in den Bereichen der Integration in die moderne Gebäu-deenergieversorgung, der Stromnetzintegration erneuerbarer Energien sowie der Flächen-, Energie-, und Kosteneffizienz.
Im vorliegenden Projekt werden die Technologievarianten Photovoltaik mit Luft-Wasser-Wärmepumpe und Solarthermie zur Brauchwarmwassererwärmung untersucht und unter verschie-denen Randbedingungen miteinander verglichen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

At present, solar heat is the predominant technology for domestic hot water supply. The combina-tion of photovoltaic and heat pumps is a new option for domestic hot water supply systems.
Based on different external conditions and system boundaries, both systems have their assets and drawbacks.
In a consortium of research institutes and stakeholders the different options for solar hot water supply are compared and evaluated in different scenarios.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Zugehörige Dokumente

• Fachartikel "Zwei Wege zum solaren Brauchwarmwasser" [PDF] 1'484 kB

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Zugehörige Dokumente

• Article "Deux possibilités pour obtenir l'eau chaude sanitaire solaire" [PDF] 865 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Die Kombination von Photovoltaik (PV) und Wärmepumpe (WP) ist neben der Solarthermie eine weitere Option der solaren Brauchwarmwassererwärmung. Mit einem auf Simulationen gestützten Technologievergleich auf Systemebene wurden verschiedene Varianten für die solare Brauchwarmwassererwärmung für Einfamilienhäuser untersucht, und technische und wirtschaftliche Kennzahlen für deren Vergleich erarbeitet. Ein zentrales Element des Systemvergleichs sind die Bilanzierungszeiträume, welche die Anrechenbarkeit von photovoltaisch erzeugter elektrischer Energie an die Deckung des Bedarfs der Wärmepumpe limitieren. Ein einfacher Systemvergleich auf Jahresbilanz-Basis ist unter der heute allgemein bekannten Problematik der Stromversorgung aus erneuerbaren Energien im Winterhalbjahr nicht zielführend. Der Technologievergleich wird von verschiedenen Randbedingungen beeinflusst. Grossen Einfluss habe die Parameter Bilanzierungszeitraum, Primärenergiefaktoren sowie Wärmeklau und Umgebungstemperatur beim Wärmepumpenboiler. Die Simulationen zeigen, dass auf Tagesbilanz-Basis die Systeme mit Solarthermie/Erdgas und PV/Luft-Wasser Wärmepumpe für die Bereitstellung von Brauchwarmwasser in etwa gleich viel nicht erneuerbare Primärenergie benötigen. Der Wärmepumpenboiler benötigt ohne Wärmeklau deutlich weniger und mit maximalem Wärmeklau deutlich mehr Primärenergie als die Systeme mit Solarthermie/Erdgas oder PV/Luft-Wasser Wärmepumpe. Wenn im Speicher hohe Temperaturen gefordert sind (>60 °C) liegt der Primärenergiebedarf der Systeme mit PV und WP höher als beim System mit Solarthermie. Wird im System mit Solarthermie der Speicher in den Wintermonaten mit einem Elektro-Heizstab nachgeheizt, erhöht sich der Primärenergiebedarf auf Werte die über allen PV-WP Systemen liegen. Die ökonomischen Betrachtungen erfolgten mit einer volkswirtschaftlichen Perspektive und somit ohne Einbezug von Förderungen. Es konnte gezeigt werden, dass die Variante Photovoltaik mit Wärmepumpe gegenüber der Variante mit Solarthermie leichte Kostenvorteile aufweist. Beim System mit Wärmepumpenboiler wird die Kostenbilanz stark durch den Anteil Wärmeklau ab Heizsystem bestimmt. Ein unter günstigen Bedingungen realisiertes solares System weist bereits heute vergleichbare Kosten auf wie das Referenzsystem mit Erdgas. Für den Systemvergleich wurde für PV und ST ein gleich grosses Kollektorfeld angenommen (5 m2). Für die PV-Anlage ergibt dies eine Leistung von 0.75 kWp, was einer ungewöhnlich kleinen Anlage mit entsprechend hohem Preis pro kWp entspricht. Würde die PV-Anlage unabhängig vom System zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser und ohne Förderung grösser gebaut, würden für die PV-Anlage tiefere Grenzkosten resultieren. In diesem Fall ergeben die Simulationen für Systeme mit PV/Luft-Wasser Wärmepumpe die tiefsten Gestehungskosten für Brauchwarmwasser aller verglichenen Systeme. Anlagen mit deutlich mehr als 5 m2 Modulfläche werden jedoch oft mit Unterstützung von Förderprogrammen realisiert, was ein volkswirtschaftlicher Systemvergleich mit der Solarthermie erschwert und bei der Interpretation dieses Vergleichs berücksichtig werden muss.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
INFRAS
Institut für Solartechnik SPF, Hochschule für Technik Rapperswil HSR
Ökozentrum Langenbruck
Institut für Energiesysteme IES der Hochschule NTB

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Sattler,Michael
Bertsch,Stefan
Markstaler,Markus
Kessler,Stefan
Haller,Michel

Zugehörige Dokumente

• Technologievergleich solare Brauchwarmwassererwärmung für Einfamilienhäuser | Photovoltaik und Wärmepumpe im Vergleich mit Solarthermie (SolVar-BWW) - Schlussbericht [PDF] 1'497 kB