Visualisierung des Konzepts: Zeitvariable Stromtarife, lokale Stromerzeugung, Wärmepumpen und Wärmespeicherung sind über eine intelligente Regelung verbunden.
fbta des KIT
Das Projekt „Sol2Heat“ am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zielt darauf, die Wärme- und Stromversorgung aneinander zu koppeln und für beide Anwendungen erneuerbare Energien effizient zu nutzen.
Das Verbundprojekt „Sol2Heat – Intelligente Erzeugung und Speicherung von Solarwärme und -strom zur Realisierung hoher solarer Deckungsanteile und zum Lastmanagement“ ist eine mögliche Antwort auf die Herausforderungen der Stromversorgung und den steigenden Anteil erneuerbarer Energien. Denn: Da die Erzeugung von Strom aus den regenerativen Quellen Sonne und Wind zeitlich schwankt, müssen Differenzen zwischen Einspeisung und Verbrauch ausgeglichen werden. Thermische Speicher, die über Wärmepumpen geladen werden, sind jedoch eine Möglichkeit, elektrische Energie zu speichern.
Reduzierung des Primärenergieverbrauchs
Genau hier setzt Sol2Heat an. In dem Projekt wird ein Wärmepumpen-Heizsystem mit Photovoltaik und einer intelligenten Steuerung kombiniert. Tillman Faßnacht, Projektleiter vom Fachgebiet Bauphysik & Technischer Ausbau des KIT, erklärt: „Dadurch wird es möglich, Heizung und Stromversorgung zu koppeln, den Primärenergieeinsatz zu minimieren und CO2-Emissionen zu reduzieren.“ Die Wissenschaftler verbinden dabei ein Wärmepumpenheizsystem mit Photovoltaikmodulen, die Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umwandeln.
Alternativ setzen sie Photovoltaik/T-Module ein, die Photovoltaikzellen und solarthermische Kollektoren kombinieren und aus der Sonnenenergie sowohl Strom als auch Wärme erzeugen. Ein modulares thermisches Speichersystem nimmt überschüssige Wärme auf und hält sie zur Nutzung bereit.
Energiemanagementsystem als Zusatz
Um sämtliche thermischen Speicher einschließlich der Masse des Gebäudes auszunutzen, entwickelten die Forscher darüber hinaus noch ein integriertes Energiemanagement. Das bezieht neben der Wärmepumpe und der Photovoltaik- oder PV/T-Anlage auch Haushaltgeräte ein und berücksichtigt Anreize der Energieversorger, wie beispielsweise zeitlich variable Stromtarife.
Das Ziel dabei ist, den Solaranteil in der Energieversorgung des Gebäudes zu maximieren, Betriebskosten zu minimieren und das Netz zu entlasten. Die intelligente Kombination verschiedener Technologien kommt damit nicht nur der Energieversorgung eines einzelnen Gebäudes, sondern auch der Einbindung in das gesamte, von erneuerbaren Energien bestimmte Energiesystem zugute.
Stromverbrauch steigt, doch bessere Bilanz
Im Rahmen des Projekts haben die Wissenschaftler bisher eine Simulationsstudie zum Einsatz von PV- oder PV/T-Modulen in dem angestrebten System durchgeführt. Sie zeigt, dass durch den Einsatz von PV/T-Modulen als Ersatz für die bisher bei der solaren Wärmepumpe eingesetzten Solarthermie-Luft-Kollektoren zwar der Stromverbrauch des Systems steigt, aber dank der Stromerzeugung durch PV/T in der Jahresbilanz deutlich weniger Strom aus dem Netz benötigt wird.
Weiter haben sie für die Kopplung des Systems mit PV/T-Kollektoren eine Basisregelstrategie entworfen, welche die optimale Speicherung von lokal erzeugtem Strom als Wärme erlaubt.
Im Verbund entwickelt
Partner in „Sol2Heat“ sind neben dem fbta des KIT als Projektkoordinator und dem Heizsystemhersteller Consolar das Ingenieurbüro Bickele & Bühler sowie das FZI Forschungszentrum Informatik. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.