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Ausgewählte Ausgabe: 11-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Solare Energieversorgungskonzepte unter der Lupe

In zunehmendem Maße werden Wohngebäude mit der Zielsetzung einer hohen Nutzung von Solarenergie geplant und gebaut. Die verschiedenen Energiekonzepte verfolgen dabei jedoch meist unterschiedliche Ansätze. In Bezug auf die Nutzung von Solarenergie lassen sich wärmelastige und stromlastige Ansätze identifizieren.


Bei wärmelastigen Konzepten wird solar erzeugte Wärme vor Ort in Warmwasserspeichern für Zeiträume von bis zu mehreren Wochen gelagert. Um eine möglichst ausgeglichene Jahresbilanz des elektrischen Energiebedarfs und der eigenen Erzeugung von elektrischer Energie zu erzielen, oder sogar mehr elektrische Energie zu produzieren als in der Liegenschaft verbraucht wird, wird demgegenüber bei stromlastigen Konzepten die Erzeugung von elektrischer Energie durch Photovoltaikanlagen maximiert.
Die durchaus sinnvolle Zusammenführung zu „Wärme-Strom-Konzepten“ erfolgt in der Regel nicht. In den meisten Fällen werden die Konzeptbausteine getrennt voneinander betrachtet.
Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Forschungsprojekt „SolSys – Analyse und Optimierung solarer Energieversorgungssysteme“, analysiert auf Solarenergie basierende Energieversorgungskonzepte für Wohngebäude auf der Grundlage integraler Betrachtungen von Wärme und Strom und untersucht unterschiedliche Ansätze mit Blick auf ihre Zukunftsfähigkeit. In Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und Solar- und Wärmetechnik Stuttgart (SWT), werden anhand eines Monitorings die Wärme- und Stromversorgung von sechs Ein- und Mehrfamilienhäusern messtechnisch erfasst und detailliert ausgewertet. Zudem erfolgt eine Gegenüberstellung der in der Praxis ermittelten energetischen Kenngrößen und Anlagenverhalten.
Auf der Basis der messtechnisch untersuchten Gebäude werden mittels numerischer Simulationen ausgewählte Konzepte für eine zukunftsweisende Energieversorgung von Wohngebäuden abgebildet und nach technisch-energetischen, ökonomischen und auch ökologischen Kriterien bewertet.

Bewertungskriterien für die Versorgungskonzepte

Die Bewertung der technisch-energetischen Eigenschaften beruht auf der Bilanzierung der Energiebereitstellung und -verbräuche sowie der Bildung spezifischer Kenngrößen, die sowohl den Betrieb als auch das Verhalten der Anlagen und der technischen Komponenten charakterisieren. Im Zuge der Bewertung wird zwischen einer solarthermischen und einer solarelektrischen Wärmeerzeugung unterschieden. Dabei wird für beide Prozesse der gleiche Bilanzraum angesetzt (Bild 1).

Bild 1 Bilanzraum der technisch-energetischen Bewertung (Darstellung wesentlicher Bilanzgrößen zur Bildung von fsol,th)

Bild 1
Bilanzraum der technisch-energetischen Bewertung (Darstellung wesentlicher Bilanzgrößen zur Bildung von fsol,th)


1. Die Wärmeerzeugung erfolgt durch einen thermischen Kollektor (solarthermische Wärmeerzeugung, STWE). Die mit der Solarflüssigkeit über den Solarkreis transportierte Wärme (Qsol,STWE) wird mittels Wärmeübertrager an Wasser in einem Trinkwarmwasserspeicher oder einem Heizungspufferspeicher übertragen.
2. Bei der auf einer Photovoltaikanlage basierenden solarelektrischen Wärmeerzeugung (SEWE) wird der gesamte Prozess einschließlich der von einem Heizstab oder einer Wärmepumpe an das Trink- oder Heizungswasser gelieferten Wärme (Qsol,SEWE) beschrieben.
Mittels solarer Strahlung kann in der Regel nicht der gesamte Nutzwärmebedarf eines Gebäudes gedeckt werden. Es bedarf meist eines zusätzlichen Wärmeerzeugers (ZWE), der formal entsprechend der solaren Wärmeerzeuger beschrieben wird. An die Stelle der Solarstrahlung tritt dann ein anderer, oftmals fossiler Energieträger. Handelt es sich bei dem Zusatzwärmeerzeuger um eine Wärmepumpe, wird das Verhältnis der wesentlichen vom Wärmeerzeuger aufgenommenen Energieströme abgebildet. Bei einem Wärmepumpensystem erfolgt eine Unterteilung des Bezugs an elektrischer Energie zur Wärmeerzeugung in einen am Gebäude erzeugten solaren Anteil und einen Anteil, der über das Stromnetz bezogen wird.

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Autoren

Dipl.-Ing. Franziska Bockelmann

wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Gebäude- und Solartechnik der TU Braunschweig

Dipl.-Ing. Markus Peter

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Gebäude- und Solartechnik (IGS) der Technischen Universität Braunschweig.

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