Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Die saisonale Speicherung von Wärme in 100 % solar beheizten Ein- oder Mehrfamilienhäusern ist bereits heute machbar. Aktuell wird in Benzenschwil (AG/CH) das erste MFH mit saisonalem Wärmespeicher gebaut, welches an Stelle von solarthermischen Kollektoren eine Kombination von PV und Wärmepumpe verwendet. In diesem Projekt werden Konzepte mit einer solarthermischen, einer solar elektrischen und einer kombinierten Wärmeversorgung miteinander verglichen, wobei der ganze Lebenszyklus betrachtet wird.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The seasonal storage of heat in 100 % solar heated single and multifamily buildings is already feasible nowadays. The first multi family building with seasonal thermal energy storage that uses a combination of PV and heat pump instead of a solar thermal system is currently being built in Benzenschwil (AG/CH). In this project, concepts with solar thermal, solar electrical and combined solutions are compared, wherefore the entire lifecycle of the system is considered.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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L'accumulation saisonnière de chaleur dans des maisons individuelles ou collectives chauffées à 100 % au solaire est déjà réalisable aujourd'hui. Actuellement, le premier immeuble collectif avec stockage saisonnier de la chaleur est en construction à Benzenschwil (AG/CH). Il utilise une combinaison de PV et de pompe à chaleur à la place de capteurs solaires thermiques. Ce projet compare des concepts avec un approvisionnement en chaleur solaire thermique, un approvisionnement en chaleur solaire électrique et un approvisionnement en chaleur combiné, en tenant compte de l'ensemble du cycle de vie.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die saisonale Speicherung von Wärme in 100 % solar beheizten Ein- oder Mehrfamilienhäusern ist bereits seit vielen Jahren machbar. Dabei gibt es sowohl Beispiele mit solarthermischen Kollektoren als auch rein elektrische Systeme, bei denen grosse PV-Anlagen und eine Wärmepumpe mit einem saisonalen Wärmespeicher kombiniert werden. In diesem Projekt wurden Konzepte mit solarthermischen, solar-elektrischen und kombinierten Wärmeversorgungen sowohl bezüglich Wirtschaftlichkeit als auch bezüglich Treibhausgasemissionen über den gesamten Lebenszyklus analysiert und verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass solche wärmeautarken Systeme über den gesamten Lebenszyklus betrachtet bezüglich Kosten und Treibhausgasemissionen mit herkömmlichen Wärmepumpensystemen vergleichbar sind. Kombinierte Lösungen, welche sowohl Solarthermie als auch PV & Wärmepumpe enthalten, schneiden dabei in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Treibhausgasemissionen besser ab als reine Thermie- oder reine PV-Lösungen. Reine PV-Lösungen benötigen etwas mehr Solarfläche, weisen aber die geringsten Investitionskosten auf. Aufgrund der ineffizienten Nutzung elektrischer Energie mittels Heizstäben zur Erwärmung des Speichers auf hohe Temperaturen weisen diese Lösungen aber höhere Treibhausgasemissionen auf. Eine Analyse der Emissionsbilanz unter Berücksichtigung der stark wechselnden Treibhausgasbelastung des Strommixes im Jahresverlauf hat gezeigt, dass die dynamisch bilanzierten Treibhausgasemissionen mit einer angepassten Regelung deutlich verbessert werden können. Dies ist aber nur möglich, wenn von der vollständig solaren Wärmeversorgung abgesehen wird und die Wärmepumpe bei einer geringen Belastung des Strommixes auch mit Netzstrom betrieben wird. Dafür kann im Gegenzug bei hoher Belastung des Netzstroms mehr PV-Strom eingespeist werden.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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The seasonal storage of heat in 100% solar-heated single-family or multi-family homes has been feasible for many years. There are examples with solar thermal collectors or purely electrical systems in which large PV systems and a heat pump are combined with a seasonal heat storage system. In this project, concepts with solar thermal, solar electric and combined heat supplies are analyzed and compared in terms of both economic efficiency and greenhouse gas emissions over the entire life cycle. It was shown that such heat self-sufficient systems are comparable to conventional heat pump systems in terms of costs and greenhouse gas emissions over the entire life cycle. Combined solutions, which include both solar thermal and PV & heat pump, perform better in terms of economic efficiency and greenhouse gas emissions than pure thermal or pure PV solutions. Pure PV solutions require slightly more solar area, but have the lowest investment costs. However, due to the inefficient use of electrical energy by means of heating rods to heat the storage tank to high temperatures, these solutions have higher greenhouse gas emissions. An analysis of the emissions balance, taking into account the strongly fluctuating greenhouse gas load of the electricity mix over the course of the year, has shown that the dynamically balanced greenhouse gas emissions can be significantly improved with an adapted control system. However, this is only possible if the heat supply is not completely solar and the heat pump is also operated with grid electricity when the electricity mix is under low load. In return, more PV electricity can be fed in when the load on the grid electricity is high.
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Schlussbericht
(Französisch)
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Le stockage saisonnier de la chaleur dans les maisons individuelles ou collectives chauffées à 100 % par l'énergie solaire est déjà réalisable depuis de nombreuses années. Il existe aussi bien des exemples avec des capteurs solaires thermiques que des systèmes purement électriques combinant de grandes installations photovoltaïques et une pompe à chaleur avec un accumulateur de chaleur saisonnier. Dans le cadre de ce projet, des concepts d'approvisionnement en chaleur solaire thermique, solaire électrique et combiné ont été analysés et comparés sur l'ensemble du cycle de vie, tant en termes de rentabilité que d'émissions de gaz à effet de serre. Il a été démontré que ces systèmes autonomes en chaleur sont comparables aux systèmes de pompes à chaleur traditionnels en termes de coûts et d'émissions de gaz à effet de serre sur l'ensemble du cycle de vie. Les solutions combinées comprenant à la fois le solaire thermique, le PV et la pompe à chaleur s'en sortent mieux que les solutions purement thermiques ou purement PV en termes de rentabilité et d'émissions de gaz à effet de serre. Les solutions PV pures nécessitent un peu plus de surface solaire, mais présentent les coûts d'investissement les plus faibles. En raison de l'utilisation inefficace de l'énergie électrique au moyen de thermoplongeurs pour chauffer l'accumulateur à des températures élevées, ces solutions présentent toutefois des émissions de gaz à effet de serre plus élevées. Une analyse du bilan des émissions tenant compte de la forte variation de la charge en gaz à effet de serre du mix électrique au cours de l'année a montré que les émissions de gaz à effet de serre comptabilisées de manière dynamique pouvaient être nettement améliorées par une régulation adaptée. Cela n'est toutefois possible que si l'on renonce à un approvisionnement en chaleur entièrement solaire et que la pompe à chaleur fonctionne également avec le courant du réseau lorsque la charge du mix électrique est faible. En contrepartie, il est possible d'injecter davantage d'électricité photovoltaïque lorsque la charge du courant de réseau est élevée.
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