In dieser Note möchten wir die Rolle verschiedener Speicher zur Steigerung der Systemeffizienz untersuchen. Sowohl die Rolle von Warmspeicher (bedarfseitig) und Kaltspeicher (quellseitig) als auch der Einfluss von elektrische Batterien wird analysiert. 

Bild 1 zeigt eine graphische Darstellung des untersuchten Systems (inkl. quell- und bedarfsseitige Position der thermische Speicher). Bild 2 zeigt die stündliche Auflösung der jährliche Trinkwarmwasser (TWW)- sowie Raumheizungsbedarfsprofile (RH).

In diesem Beitrag beschäftigen wir uns lediglich mit dem technischen Vorteile verschiedene Speichersysteme. Die ökonomische Bewertung davon wird aktuell untersucht (mittels techno-ökonomische Optimierungen) und wird in folgenden Notes näher beleuchtet. Als Hauptindikatoren für die Bewertung des technischen Nutzens setzen wir der Systemjahresarbeitszahl, sowohl mit (JAZ_PV)als auch ohne (JAZ) Berücksichtigung des PV Eigenverbrauchs (siehe unten).

Ergebnisse aus unsere Simulationen

Im Folgenden zeigen wir die Ergebnisse einer Sensitivitätsanalyse zur Nutzung von Kälte und Wärmespeicher und dessen Einfluss auf die jährliche Systemeffizienz. Bild 3 zeigt die JAZ für verschiedene Kombinationen von thermischen Speicher und verschiedene Systemkonfigurationen.

Die Ergebnisse im Basissystem zeigen, dass größere thermische Speicher die JAZ des Systems erhöhen. Diese Tendenz ist deutlicher für Warmspeicher als für kalte quellseitige Speicher. Wenn wir der Eigenverbrauch von PV-Strom berücksichtigen (JAZ mit PV) sind die Vorteile von warme Wasserspeicher (bedarfseitig) noch deutlicher gegenüber grössere kalte Speichervolumina: ein zusätzliches Volumen von 8m³ als kalte Speicher führt zu eine Verbesserung von 0.2 (5%) im JAZ, während 8m³ zusätzliches Warmspeichervolumen den JAZPV um 1.11 (30%) erhöhen. Warme Speicher ermöglichen einen erhöhten Betrieb der Wärmepumpe während der Sonnenstunden und erhöhen somit den Eigenverbrauch des PV-Stroms. Dies ist für die Gesamtsystemeffizienz von zentrale Bedeutung (sowohl technisch als auch wirtschaftlich, siehe Wirtschaftlichkeit PVT und Solarth. , Einfluss Wirtschaftlichkeitsparameter sowie Wirtschaftlichkeit).

Eine Erweiterung des Systems mit elektrische Batteriespeicher verändert nicht maßgeblich die thermische Systemeffizienz (JAZ). Allerdings führt es, durch ein höheres Eigenverbrauch des PV-Stroms, zu leicht höhere Gesamtsystemeffizienzen (JAZ mit PV), beides für größere Warmspeicher- als auch Kaltspeichervolumina.

PVT Kollektoren sind kostenspielige Systemkomponenten. Daher haben wir die Möglichkeit zur Verringerung der PVT Fläche im Hinblick auf die Systemeffizienz zusätzlich untersucht. Die Ergebnisse zeigen dass eine Verringerung der PVT Fläche auf 1/4 der ursprüngliche Größe machbar ist, jedoch mit wesentliche Einbuße in die thermische Systemeffizienz sowie in der Gesamtsystemeffizienz verbunden ist.

Fazit:

• Kleinere PVT Flächen sind mit etwas geringere Gesamtsystemeffizienzen technisch umsetzbar (evt. sind dafür höhere thermische Speichervolumina notwendig). Folgende Analysen (techno-ökonomische Optimierung der Systeme) werden diese Frage näher aus eine technische und ökonomische Perspektive beleuchten.
• Warme (bedarfseitige) thermische Speicher können den Eigenverbrauch der PV Strom, und dadurch die Gesamtsystemeffizienz, deutlich erhöhen.
• Kalte (quellseitige) thermische Speichervolumina bringen deutlich geringere Systemvorteile als bedarfseitige Volumina.
• Elektrische Batterien erhöhen den Eigenverbrauch des PV-Stroms und führen zu etwas höhere Gesamtsystemeffizienzen. Hier stellt sich die Frage nach dem Kosten-Nutzen-Verhalten von elektrischem gegenüber thermischem Speichersysteme. Diese Frage wird auch mit dem Ergebnissen aus unsere techno-ökonomische Optimierung der Systeme näher untersucht.
• Gößere spezifische Speichervolumnia (bezogen auf die Energiebedarfe) als heute üblich könnten zu deutlich höhere Effizienzgewinnen führen.