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Forschungsstelle
BFE
Projektnummer
SI/501102
Projekttitel
CoCoSol – Solar betriebene Kühlsysteme

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Kurzbeschreibung
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Schlussbericht
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Erfasste Texte


KategorieText
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
In den vergangenen Jahren wurden vor allem thermisch getriebene Ab- oder Adsorptionskühl-maschinen in solarthermische Kühlsysteme integriert. Die duale Nutzung einer solchen Maschine zum Heizen und Kühlen ist ebenfalls möglich. Trotz des hohen elektrischen Wirkungsgrades hat sich jedoch der hohe apparative Aufwand im Preis der Anlagen widerspiegelt und so ist in naher Zukunft nur mit einer Nischenanwendung dieser Systeme zu rechnen – ausser es steht eine entsprechende Wärmequelle zur Verfügung. Dann handelt es sich jedoch nicht mehr um ein solar getriebenes System. In absehbarer Zeit werden Kompressor-Wärmepumpen, welche die elektrische Antriebsenergie aus einer PV-Anlage beziehen, eine Marktakzeptanz erreichen. Dies, weil Kompressor-Kühlmaschinen mit PV-Strom über einen Wechselrichter und AC-Motor oder direkt mit einem DC-Motor angetrieben werden können und somit sich ein System nicht – ausser durch die Bereitstellung der elektrischen Energie - von den bisherigen Systemen unterscheidet. Ein Preisvorteil ist damit gegeben. Im vorgeschlagenen Projekt soll daher nach einer Recherche zu Systemvarianten ein Heiz- & Kühlsystem mit 3-5kW Leistung aufgebaut werden, welches mit PV-Strom angetrieben werden kann. Die Systemvarianten beinhalten a) die Referenz mit Bezug der elektrischen Energie aus dem öffentlichen Netz, b) das gleiche System mit Bezug der elektrischen Energie von einer PV-Anlage und c) das System a) ausgerüstet mit einem Kälte- und einem Wärmespeicher. Der messtechnische Vergleich der Systemvarianten und die Erstellung von Computermodellen liefern Hilfestellungen in der Planung vergleichbarer Projekte. Die Resultate werden mit beteiligten Firmen und im Rahmen der IEA Task 53 diskutiert.
Schlussbericht
(Deutsch)

Solares Kühlen hat gegenüber Heizen den Vorteil, dass für die meisten Anwendungen der Zeitpunkt des höchsten Bedarfs gut übereinstimmt mit der Verfügbarkeit von Solarenergie. Sowohl für solarthermisch angetriebene Kühlmaschinen auf Basis von Sorptionsprozessen, als auch für PV angetriebene Kompressionskältemaschinen sind Komponenten auf dem Markt verfügbar. Der Preiszerfall hat das Interesse an PV getriebenen Prozessen in den letzten Jahren stark erhöht und nach unserer Einschätzung wird sich diese Technologie gegenüber solar-thermische Kühlsystemen durchsetzen. In diesem Projekt wurde daher ein Kühlsystem mit 8 kW Leistung in Kombination mit einer PV-Anlage mit 2.56 kWp und thermischen Speichern aufgebaut und zur Kühlung von Laborräumen über Kühldecken eingesetzt. Vergleiche mit Simulationen, welche in Polysun durchgeführt wurden, zeigten im stationären Betrieb eine gute Übereinstimmung. Grössere Abweichungen zwischen Simulation und Messung konnten in den Anfahrphasen der Kältemaschine festgestellt werden. Da diese Phasen bei Verwendung thermischer Speicher relativ kurz sind, dürfte der Einfluss auf die Ergebnisse längerer Zeitperioden gering sein. Mit dem validierten Simulationsmodell wurde die Kälteversorgung eines Standard-Bürogebäudes (Niedrigenergiebau) simuliert. Dabei wurde ein Teil der erforderlichen elektrischen Energie für die Wärmepumpe durch die PV-Anlage direkt, respektive zeitgleich, zur Verfügung gestellt. Zur Reduktion des Bezuges von elektrischer Energie aus dem Stromnetz wurde das Einschalten der Wärmepumpe zur Bereitstellung von Kälte ab einer gewissen PV-Leistung forciert, bis eine bestimmte Temperatur im Kältespeicher unterschritten wurde. Wird der Kühlbedarf gedeckt, dann stellt sich bei den untersuchten Systemen ein hoher Eigenverbrauch bei einem Verhältnis von Kälteleistung zu PV Peak-Leistung von 1:1, einer Speichergrösse von 2 m3 und einer PV-Einschaltschwelle im Bereich von 400 bis 600 W ein.

Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Englisch)
Solar cooling of buildings is beneficial compared to solar heating because the simultaneous need of cooling energy and available solar radiation. Solar thermal driven absorption and adsorption cooling machines are available on the market as like electric and thus photoelectric driven compressor-cooling machines. Based on the massive price decline of PV components in the last years a strong interest are dominating for PV driven cooling processes. Because of this reason a combined 8 kW cooling system with a 2.56 kWp PV field was set up in the project. Cold ceilings were installed for cold distribution and for efficiency increase the system contains thermal storage tanks for the cooling fluid and for hot water. In stationary operation the validation of the Polysun® simulation results with the measurement data showed good coincidence. But in the system operation start-up phases larger deviation of the simulation and the measurement results were observed. Because of the short time periods of this start-up phases a minor deviation of the simulation results of the total energy consumption will occur. The cold supply of an office building was simulated with this validated simulation template, while a part of the consumed electric energy was simultaneously supplied by a PV field. To reduce the electric energy consumption from the grid an ON/OFF solar radiation threshold for the cooling machine was defined. The ON/OFF operation of the cooling machine is additionally controlled by the fall below a temperature set-point in the cold storage tank. While covering the cooling demand, the high own PV electric energy consumption of the investigated systems is at a 1:1 relation of cooling power to PV peak power, a thermal storage tank size of 2 m3 and a ON/OFF solar radiation power threshold in the range of 400 to 600 W.
Schlussbericht
(Französisch)
Le refroidissement solaire possède l’avantage par comparaison au chauffage, que pour la plupart des applications, la période de forte demande concorde bien avec la disponibilité de l’énergie solaire. Pour les unités de réfrigération fonctionnant au solaire thermique basées sur des processus de sorption, tout comme pour les unités de réfrigération par compression alimentées avec du PV, il existe aujourd’hui des composants sur le marché. La chute des prix a fortement augmenté l’intérêt pour les processus alimentés par du PV ces dernières années, et selon nos estimations, cette technologie prévaudra sur les systèmes de refroidissement solaire thermique Dans ce projet, un système de refroidissement avec une puissance de 8 kW combiné avec une installation PV de 2.56 kWc avec réservoirs thermiques a été construit et implémenté pour la climatisation de pièces de laboratoires, à l’aide de plafonds rafraîchissants.  Des comparaisons, effectuées avec des simulations Polysun, montrent une bonne concordance en régime stationnaire. Des écarts plus élevés ont été observés entre simulations et mesures dans la phase de démarrage de l’unité de réfrigération. Étant donné que ces phases sont relativement courtes lors d’utilisation de réservoirs thermiques, l’impact sur les résultats à long terme est probablement faible. Le modèle de simulation validé, le refroidissement d’un immeuble de bureaux standard (basse consommation) a été simulé. À cet effet, une partie de l’énergie électrique nécessaire pour la pompe à chaleur a été mise directement, respectivement simultanément, à disposition. Pour recourir le moins possible à l’énergie électrique du réseau, la pompe à chaleur a été enclenchée de force, pour fournir une capacité de refroidissement, à partir d’une certaine puissance PV ; jusqu’à ce que la température du réservoir passe en dessous d’un certain seuil. Si la demande de refroidissement est satisfaite, l’autoconsommation est maximale pour un rapport 1 :1 entre la puissance de refroidissement et la puissance crête PV, un réservoir de 2 m3 et un seuil de démarrage entre 400 et 600 W.