Simulationsbasierter Systemvergleich von solarenergetischer Energieversorgung für Einfamilienhäuser mit unterschiedlichen Effizienzklassen Thomas Duschner, Michael Klärner, Christoph Trinkl, Wilfried Zörner Motivation Methodik Wunsch nach hohen Eigenverbrauchsquoten ( Wirtschaftlichkeit) Jahressimulation mit Matlab/Simulink und CARNOT Thermische Nutzung von Solarstrom wird beliebter 50 m² Dach mit Solaranlagen abdeckt Wettbewerb zur Solarthermie im Wärmebereich Verhältnis von Solarthermie zu Photovoltaik in 10 m²Schritten variiert Gibt es Vorteile in der Kombination beider solarer Systeme? Thermische und elektrische Speicherkapazitäten den Systemgrößen angepasst Konzepte Konzept 1 Elektr. Heizstab Wärmerzeugung Konzept 2 Wärmepumpe Konzept 3 Fossiler Kessel Konzept 4 BiomasseKessel Datengrundlage Wetterdaten für Standort Ingolstadt Gebäudeparameter der IEA-SHC Task 44 Beteiligung PV an Wärmeerzeugung Ja Ja Nein Nein Elektrisches Lastprofil und Warmwasserprofil (VDI 4655) 4-Personen-Haushalt (Bedarf: 4.000 kWh/a elektrisch und 2.000 kWh/a thermisch (Warmwasser)) Photovoltaik und Solarthermie in allen Konzepten berücksichtigt Optional mit elektrischen Energiespeicher Energetische Bewertung Elektr. Eigendeckung Del Therm. Eigendeckung Dth Elektr. Eigennutzung ENel (𝐸PV −𝐸PV,Ein ) 𝐷el = 𝐸el,ges 𝐸ST 𝐷th = 𝐸th,ges (𝐸PV −𝐸PV,Ein ) 𝐸𝑁el = 𝐸PV SFH15 SFH45 1:4 2:3 3:2 4:1 Flächenverhältnis Solarthermie zu Photovoltaik 5:0 1:4 2:3 3:2 4:1 Flächenverhältnis Solarthermie zu Photovoltaik 5:0 elektrische Deckung Del Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Eigennutzung Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 5:0 thermische Deckung Dth elektrische Eigennutzung ENel 0:5 Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0:5 Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 1:4 2:3 3:2 4:1 Flächenverhältnis Solarthermie zu Photovoltaik Eigennutzung elektrische Eigennutzung ENel Deckungsgrad thermische Deckung Dth Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Deckungsgrad Eigennutzung Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 0:5 SFH100 mit Energiespeicher 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Deckungsgrad Eigennutzung Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel elektrische Deckung Del elektrische Eigennutzung ENel 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0:5 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% SFH45 mit Energiespeicher 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Deckungsgrad thermische Deckung Dth elektrische Eigennutzung ENel 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 5:0 Eigennutzung SFH15 mit Energiespeicher elektrische Deckung Del Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 1:4 2:3 3:2 4:1 Flächenverhältnis Solarthermie zu Photovoltaik thermische Deckung Dth Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 0:5 Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 5:0 elektrische Deckung Del elektrische Eigennutzung ENel 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 1:4 2:3 3:2 4:1 Flächenverhältnis Solarthermie zu Photovoltaik thermische Deckung Dth Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 0:5 Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% elektrische Deckung Del Deckungsgrad elektrische Eigennutzung ENel Eigennutzung thermische Deckung Dth 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Heizstab Wärmepumpe Fossiler Kessel Biomasse-Kessel Deckungsgrad elektrische Deckung Del SFH100 1:4 2:3 3:2 4:1 Flächenverhältnis Solarthermie zu Photovoltaik 5:0 Zusammenfassung und Ausblick Bei p2h-Systemen kann die elektr. Eigennutzung gesteigert werden; der elektrische Deckungsanteil nimmt ab Mit einer Hinzunahme von Solarthermie sinkt die elektr. Eigennutzung als auch der elektr. Deckungsgrad gleichzeitig sowohl solarthermische als auch solarelektrische Energie Batteriespeicher nur hilfreich für Photovoltaikanlagen Kennzahlen der elektrischen Komponenten steigen an Gefördert durch: Projektpartner: Batteriespeicher kaum Einfluss bei Gebäuden mit sehr hohen Wärmebedarf (SFH100) Gleichzeitigkeit entscheidend bei elektrischen Komponenten Prognose wichtig Nächste Schritte: 1) Einbindung einer Prognose in die Regelstrategie 2) Optimierung der Regelung hinsichtlich der Wechselwirkung mit der Außenwelt Kontakt: Technische Hochschule Ingolstadt Institut für neue Energie-Systeme Esplanade 10, 85049 Ingolstadt Telefon: +49 841 - 9348 6426 [email protected] www.thi.de/go/energie
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