DE102006051421A1

DE102006051421A1 - Vorrichtung zur Klimatisierung eines Gebäudes mit einer Photovoltaikanlage und einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe

Info

Publication number: DE102006051421A1
Application number: DE102006051421A
Authority: DE
Inventors: Peter Krauthöfer
Original assignee: AUSTROSOLAR ENERGIETECHNIK GMB; AUSTROSOLAR ENERGIETECHNIK GmbH
Current assignee: KRAUTHOEFER, PETER, 87659 HOPFERAU, DE
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-04-24
Also published as: DE202006020768U1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Klimatisierung eines Gebäudes (1) mit einer Photovoltaikanlage (2) und einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe (4) beschrieben, wobei vorgesehen ist, dass das Verhältnis der nominellen Leistungsaufnahme der Wärmepumpe (4) zur nominellen Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage (2) zwischen 1 : 1 und 1 : 3 ist. Der elektrische Ausgang der Photovoltaikanlage (2) wird mit einem Einspeisezähler (7) verbunden, wenn die von der Photovoltaikanlage (2) in das öffentliche elektrische Netz eingespeiste kumulierte Einergiemenge kleiner als ein Energiemengen-Sollwert ist oder wenn die Wärmepumpe (4) nicht in Betrieb gesetzt ist. Der elektrische Ausgang der Photovoltaikanlage (2) wird mit dem elektrischen Eingang der Wärmepumpe (4) verbunden, wenn die von der Photovoltaikanlage (2) in das öffentliche elektrische Netz eingespeiste kumulierte Energiemenge größer als der Energiemengen-Sollwert ist und wenn die Wärmepumpe (4) in Betrieb gesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Klimatisierung eines Gebäudes mit einer Photovoltaikanlage und einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe.
Es ist bekannt, auf Gebäuden Photovoltaikanlagen zu errichten und die Klimatisierung des Gebäudes mit einer Wärmepumpe durchzuführen. Auf diese Weise können insbesondere Heizenergiekosten gespart werden.
DE 299 12 994 U1 beschreibt eine Einrichtung mit einer Zentrale mit Photovoltaik und Wärmepumpe, wobei die in der Wärmepumpe erzeugte Wärme einer Mehrzahl von Einfamilienhäusern zugeleitet wird. Die Wärmepumpen werden durch die von der Photovoltaik gelieferte Elektroenergie angetrieben.
DE 100 48 035 A1 beschreibt eine Einrichtung bestehend aus einem Solar-Hybridkollektor und einer Wärmepumpe mit Steuerungseinrichtung. Die Steuerungseinrichtung steuert über einen Algorithmus zum Energiemanagement die Strom- und Wärmeflüsse so, dass im Jahresmittel eine positive Energiekostenbilanz oder wenigstens ein Energiekostenminimum im Gebäude erreicht wird, wobei die Einspeisevergütung Berücksichtigung findet.
DE 100 21 498 beschreibt eine Kombination aus einer Photovoltaik mit Wärmepumpe und einer Steuerungseinrichtung. Die Steuerungseinrichtung steuert den Betrieb nach technischen Daten, beispielsweise Wetterdaten, mit dem Ziel einer Optimierung der Energieeinsparung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Klimatisierung eines Gebäudes mit einer Photovoltaikanlage und einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe anzugeben, die neben der Senkung der Energiekosten eine rasche Amortisation der Investitionskosten ermöglicht und ein Verfahren zum Betrieb derselben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Es wird eine Vorrichtung zur Klimatisierung-eines Gebäudes mit einer Photovoltaikanlage und einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe vorgeschlagen, wobei vorgesehen ist, dass das Verhältnis der nominellen Leistungsaufnahme der Wärmepumpe zur nominellen Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage zwischen 1:1 und 1:3 ist.
Die Aufgabe wird weiter mit dem Gegenstand des Anspruchs 15 gelöst. Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Klimatisierung eines Gebäudes mit einer Photovoltaikanlage zur Erzeugung elektrischer Energie und einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe vorgeschlagen, wobei vorgesehen ist, dass der elektrische Ausgang der Photovoltaikanlage mit einem Einspeisezähler verbunden wird, wenn in einem gewählten Zeitraum die von der Photovoltaikanlage in das öffentliche elektrische Netz eingespeiste kumulierte Energiemenge kleiner als ein Energiemengen-Sollwert ist oder wenn die Wärmepumpe nicht in Betrieb gesetzt ist, und dass der elektrische Ausgang der Photovoltaikanlage mit dem elektrischen Eingang der Wärmepumpe verbunden wird, wenn in einem gewählten Zeitraum die von der Photovoltaikanlage in das öffentliche elektrische Netz eingespeiste kumulierte Energiemenge größer als der Energiemengen-Sollwert ist und wenn die Wärmepumpe in Betrieb gesetzt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie durch die vorgeschlagene Wahl des Verhältnisses der nominellen Leistungsaufnahme der Wärmepumpe zur nominellen Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage die Ausbildung von Vorrichtungen mit Photovoltaik und Wärmepumpe ermöglicht, die zum einen kostengünstig bis gewinnbringend betrieben werden können und deren Photovoltaik zum anderen auf Dächern herkömmlicher Ein- und Zweifamilienhäuser untergebracht werden kann. Die Photovoltaikanlage kann ein oder mehrere Solarzellenmodule und einen oder mehrere Wechselrichter aufweisen, die den Solarstrom in einen zur Einspeisung in das öffentliche Netz geeigneten Wechselstrom transformieren. Unter der nominellen Leistungsaufnahme der Wärmepumpe wird die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe verstanden, für die die Wärmepumpe ausgelegt ist, um einen möglichst optimalen Betrieb zu ermöglichen hinsichtlich Wirkungsgrad, Lebensdauer usw. Die Betriebs-Leistungsaufnahme der Wärmepumpe soll der nominellen Leistungsaufnahme möglichst gleichen, weil bei größeren Differenzen die Wärmepumpe Schaden erleidet. Die nominelle Leistungsaufnahme der Wärmepumpe kann beispielsweise auf dem Typenschild und/oder in dem Datenblatt der Wärmepumpe angegeben sein. Unter der nominellen Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage wird die Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage verstanden, für die die Photovoltaikanlage ausgelegt ist, um einen möglichst optimalen Betrieb zu ermöglichen hinsichtlich Wirkungsgrad, Lebensdauer usw. Die Photovoltaikanlage weist einen oder mehrere Wechselrichter auf, um den Betrieb der Wärmepumpe und die Einspeisung von elektrischer Energie in das öffentliche Netz zu ermöglichen. Sofern es sich um mehr als einen Wechselrichter handelt, ist die nominelle Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage gleich der Summe der nominellen Leistungsabgabe der Wechselrichter. Durch den Bezug der Leistungsangabe der Photovoltaikanlage auf die Leistungsabgabe der Wechselrichter ist der Wirkungsgrad der Wechselrichter berücksichtigt. Die nominelle Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage bzw. des Wechselrichters kann auf dem Typenschild und/oder in dem Datenblatt der Photovoltaikanlage bzw. des Wechselrichters angegeben sein. Die Betriebs-Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage soll der nominellen Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage möglichst gleichen, wobei klimatische Bedingungen, wie zum Beispiel Sonnenscheindauer, Sonneneinstrahlungsintensität und Umgebungstemperatur, zu berücksichtigen sind. Es ist daher möglich, dass die nominelle Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage nur für eine angegebene Klimazone gilt, beispielsweise für Mitteleuropa. Auf den tatsächlichen Spitzen- oder Jahresertrag einer Photovoltaikanlage wirken sich auch örtliche Beeinträchtigungen durch Rauch, Dunst oder Nebel oder durch Verstaubungen oder Schmutzschichten auf den Solarzellen der Photovoltaikanlage aus.
Wie weiter unten an Beispielrechnungen gezeigt ist, kann bereits mit dem Leistungsverhältnis 1:1 eine Kostenreduzierung der Gebäudeklimatisierung erreicht werden. Eine kostenneutrale Lösung stellt sich bei einem Leistungsverhältnis von etwa 1:2 ein, d.h. es wird durch den Betrieb der Vorrichtung ein Ertrag erwirtschaftet, der zur Deckung der Investitionskosten herangezogen werden kann, während bei einem Leistungsverhältnis von 1:3 ein Überschuss erwirtschaftet wird.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass zwischen dem elektrischen Ausgang der Photovoltaikanlage und dem Einspeisezähler ein erster Ein-Aus-Schalter angeordnet ist, dass zwischen dem elektrischen Ausgang der Photovoltaikanlage und dem elektrischen Eingang der Wärmepumpe ein zweiter Ein-Aus-Schalter angeordnet ist, und dass zwischen dem elektrischen Eingang der Wärmepumpe und einem Hausstromzähler ein dritter Ein-Aus-Schalter angeordnet ist. Dieses Schaltungsprinzip kann auch verwirklicht werden, indem beispielsweise Ein-Aus-Schalter zu Umschaltern oder Wechselschaltern zusammengefasst werden. Die vorgeschlagene Schalteranordnung dient dem Zweck, den Ausgang der Photovoltaikanlage wahlweise mit dem Eingang des Einspeisezählers oder mit dem elektrischen Eingang der Wärmepumpe zu verbinden und weiter die Wärmepumpe wahlweise mit dem Ausgang der Photovoltaikanlage oder dem Hausstromzähler zu verbinden. Dabei umfasst der Begriff „Hausstromzähler" die Übergabestelle vom öffentlichen Netz zum Endverbraucher. Aus wirtschaftlicher Sicht ist es wegen der derzeitig positiven Differenz zwischen Einspeisevergütung und Elektroenergiepreis vorteilhaft, den von der Photovoltaikanlage erzeugten Solarstrom auch dann in das öffentliche Netz einzuspeisen, wenn in einem gewählten Zeitraum der Energiemengen-Sollwert bereits überschritten ist und der Solarstrom nicht zum Betrieb der Wärmepumpe benötigt wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, den zum Betrieb der Wärmepumpe nicht benötigten Solarstrom zum Betreiben anderer Verbraucher zu nutzen oder ihn lokal zwischenzuspeichern, beispielsweise in Form von Warmwasser, das durch Elektroheizer aufbereitet wurde.
Es kann vorgesehen sein, dass der erste Ein-Aus-Schalter und der zweite Ein-Aus-Schalter und der dritte Ein-Aus-Schalter mit einer Steuerungseinheit verbunden sind.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass an der Steuerungseinheit der Energiemengen-Sollwert einstellbar ist. Bei dem Energiemengen-Sollwert kann es sich beispielsweise um einen täglichen, wöchentlichen, monatlichen, quartalsweisen oder jährlichen Energiemengen-Sollwert handeln. Der Energiemengen-Sollwert kann durch eine Kostenrechnung auf der Basis eines Tilgungsplans und/oder nach steuerlichen Aspekten ermittelt werden, mit dem Ziel, vorzugsweise die Energiekosten zur Gebäudeklimatisierung zu minimieren.
Es kann auch vorgesehen sein, dass an der Steuerungseinheit ein Temperatur-Sollwert und/oder ein Temperatur-Regime einstellbar ist. Es kann also vorgesehen sein, dass die Inbetriebnahme der Wärmepumpe entsprechend eines Temperatursollwerts und/oder eines Temperatur-Regimes, d.h. eines zeitabhängigen Temperaturverlaufs, vorgenommen wird. Dadurch können Synergieeffekte hergestellt werden. Das Umschaltregime zur Einspeisung von Solarstrom in das öffentliche Netz kann beispielsweise auch durch das Temperatur-Regime, d.h. den zeitlichen Verlauf der Solltemperatur, beeinflusst werden, indem beispielsweise die Wärmepumpe in der lichtarmen Jahreszeit bevorzugt mit Solarstrom gespeist wird und in der lichtreichen Jahreszeit bevorzugt Solarstrom in das öffentliche Netz eingespeist wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass an die Steuerungseinheit Sensoren anschließbar sind. Es kann sich dabei beispielsweise um Verbrauchszähler, um Temperaturfühler oder um Sensoren zur Ermittlung der Beleuchtungsstärke handeln.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Steuerungseinheit programmierbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Soll-Energiemenge mit einem Programmalgorithmus bestimmt wird. Die Steuerungseinheit kann damit logische Entscheidungen treffen und in Abhängigkeit von weiteren Parametern bestimmen, ob die Photovoltaikanlage den Solarstrom in das öffentliche Netz einspeist oder in die Wärmepumpe. Der Programmalgorithmus kann auch vorgesehen sein, um die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mögliche Kosteneinsparung zu optimieren.
Es kann vorgesehen sein, dass mit dem Programmalgorithmus die Soll-Energiemenge in Echtzeit bestimmt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen; dass die Steuerungseinheit mindestens eine Datenübertragungs-Schnittstelle aufweist.
Es kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Programmalgorithmus die Abfrage von Sensordaten und/oder digital bereitgestellter Informationen vorsieht.
Bei der genannten Datenübertragungs-Schnittstelle kann es sich um eine parallele oder um eine serielle Schnittstelle handeln, wie sie von Computern bekannt ist. Es kann sich aber auch um eine TCP/IP-Schnittstelle handeln, über welche die Steuerungseinheit beispielsweise auf das Internet zugreifen kann. Auf diese Weise können beispielsweise Wetterprognosen ausgewertet werden und in die Steuerung der Photovoltaikanlage bzw. der Wärmepumpe einfließen.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind auf die Einstellung und Bestimmung des Wertes für den Energiemengen-Sollwert gerichtet.
Es kann vorgesehen sein, dass der Energiemengen-Sollwert als Festwert vorgegeben wird. Dabei kann es sich beispielsweise um einen aus dem jährlichen Energiemengen-Sollwert ermittelten mittleren täglichen Energiemengen-Sollwert handeln.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass der Energiemengen-Sollwert auf Prognose und/oder Messwerte gestützt variabel vorgegeben wird. Ein solcher Verfahrensschritt kann beispielsweise monatlich vorgesehen sein, indem die monatlich eingespeiste Energiemenge kumuliert wird, mit dem monatlichen Energiemengen-Sollwert verglichen wird, und bei negativer Energiebilanz der tägliche Energiemengen-Sollwert entsprechend erhöht wird. Bei dem mit der Prognose vorgegebenen-Energiemengen-Sollwert handelt es sich um einen Sollwert, der durch Extrapolation einer Reihe von Messwerten ermittelbar ist, bei dem durch Messwerte gestützten Sollwert um einen Sollwert, der auf aktuellen und/oder zeitlich zurückliegenden Messwerten beruht, beispielsweise um einen aktuellen Temperaturmesswert oder um einen Jahresmittelwert der Temperatur oder dergleichen.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Photovoltaikanlage lediglich zur Umwandlung von solarer Energie in elektrische Energie ausgelegt ist. Im Gegensatz zu einer sogenannten Hybridanlage ist die vorgeschlagene Photovoltaikanlage nur mit photovoltaischen Solarzellen ausgebildet und nicht zusätzlich mit thermischen Solarzellen.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass die Photovoltaikanlage mit Dünnschicht-Modulen ausgebildet ist. Durch die Verwendung von Dünnschichtmodulen, ist es möglich, auch die für das weiter oben beschriebene Leistungsverhältnis Wärmepumpe/Photovoltaikanlage von 1:3 benötigten leistungsstarken Solarzellen auf Dächern von herkömmlichen Einfamilienhäusern zu montieren.
Es kann vorgesehen sein, dass die nominelle Leistungsaufnahme der Wärmepumpe zwischen 2 kW und 170 kW ist, vorzugsweise zwischen 2 kW und 5 kW ist. Es handelt sich dabei um die Aufnahme elektrischer Leistung.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Wärmepumpe eine G-Zahl von 1:A aufweist, wobei A ≥ 2 ist. Die sogenannte G-Zahl gibt an, in welchem Verhältnis die zum Betrieb der Wärmepumpe aufgewendete elektrische Energie zur von der Wärmepumpe abgegebenen thermischen Energie steht. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wärmepumpe eine G-Zahl 1:A aufweist, wobei A ≥ 4 ist, beispielsweise eine G-Zahl von 1:4,5.
Die Wärmepumpe kann als Luft-/Wasser-Wärmepumpe ausgebildet sein.
Es ist auch möglich, dass die Wärmepumpe als Sole-Wärmepumpe oder als Wasser/Wasser-Wärmepumpe ausgebildet ist. Die erfinderische Lösung ist allerdings auf die beispielhaft genannten Wärmepumpenausführungen nicht beschränkt. Weiter kann die Wärmepumpe auch so ausgebildet sein, dass sie sowohl zu wärmen als auch zu kühlen vermag.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft verdeutlicht.
Es zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung;
2a bis 2c schematische Schaltbilder zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt ein Gebäude 1 mit einer auf einer Dachfläche angeordneten Photovoltaikanlage 2, die über eine elektrische Ableitung 2a mit einer Steuereinheit 3 verbunden ist.
Eine Wärmepumpe 4 ist elektrisch mit der Steuerungseinheit 3 verbunden und weiter über Warmwasserleitungen 5w mit Heizkörpern 5 verbunden, die in den zu beheizenden Räumen des Gebäudes 1 angeordnet sind. Die Wärmepumpe 4 kann über eine Zuleitung mit einer Grundwasserschicht 6 verbunden sein, sie kann aber auch andere Medien, wie Luft, als Energieträger nutzen. Die Wärmepumpe 4 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nur beispielhaft dargestellt. Neben den Heizkörpern 5 kann beispielsweise auch ein in 1 nicht dargestellter Heißwasserboiler zur Warmwasserversorgung vorgesehen sein. Die genannten Komponenten bilden eine Vorrichtung vorzugsweise zur Klimatisierung des Gebäudes 1.
Die Steuerungseinheit 3 ist mit einem Einspeisezähler 7 verbunden sowie mit einem Hausstromzähler 8.
In den 2a bis 2c ist nun das Zusammenwirken der vorgenannten Komponenten im einzelnen beschrieben.
2a zeigt die Photovoltaikanlage 2, die aus Solarzellenmodulen aufgebaut ist, die mit einem oder mehreren Wechselrichtern verbunden sind. Am elektrischen Ausgang der Wechselrichter wird bei ausreichendem Lichteinfall eine elektrische Wechselspannung von beispielsweise 240 V Spannung bei einer Frequenz von 50 Hz bereitgestellt. Der durch den Ausgang der Wechselrichter gebildete Ausgang der Photovoltaikanlage 2 ist über einen ersten elektrischen Schalter 3a mit dem Einspeisezähler 7 verbunden, der an eine Phase oder mehrere Phasen des öffentlichen elektrischen Netzes (240 V, 50 Hz) angeschlossen ist und die in das öffentliche Netz eingespeiste Energiemenge erfasst. Der Ausgang der Photovoltaikanlage 2 ist weiter über einen elektrischen Schalter 3b mit dem elektrischen Eingang der Wärmepumpe 4 verbunden. Der elektrische Eingang der Wärmepumpe 4 ist weiter über einen elektrischen Schalter 3c mit einem Hausstromzähler 8 verbunden, der an das öffentliche elektrische Netz (240 V, 50 Hz) angeschlossen ist und die aus dem öffentlichen Netz entnommene Energiemenge erfasst.
Die Schalter 3a bis 3c sind in die Steuerungseinheit 3 integriert bzw. werden von der Steuerungseinheit 3 angesteuert. Die Steuerungseinheit 3 verfügt über eine in den 3a bis 3c nicht dargestellte Eingabevorrichtung zur Eingabe eines Energiemengen-Sollwertes. Der Energiemengen-Sollwert kann in Abhängigkeit von einem Tilgungsplan der getätigten Investition der Photovoltaikanlage, der Wärmepumpe usw. und unter Berücksichtigung steuerlicher Aspekte so gewählt sein, dass die Energiekosten für die Gebäudeklimatisierung minimiert werden, wie weiter unten an Beispielrechnungen gezeigt.
2a zeigt den Schaltzustand der Schalter 3a bis 3c für den Fall, dass die in das öffentliche Netz eingespeiste kumulative Energiemenge kleiner als der Energiemengen-Sollwert ist. In diesem Fall ist der Schalter 3a geschlossen, und die von der Photovoltaikanlage 2 erzeugte Energie wird in das öffentliche Netz eingespeist. Die Wärmepumpe 4 wird deshalb mit elektrischer Energie aus dem öffentlichen Netz gespeist, sofern ein Bedarf an Heizungsenergie oder an Warmwasser besteht. Der Schalter 3c wird also in Abhängigkeit von dem Wärmebedarf betätigt.
2b zeigt nun den Schaltzustand der Schalter 3a bis 3c für den Fall, dass die in das öffentliche Netz eingespeiste kumulative Energiemenge gleich oder größer dem Energiemengen-Sollwert ist und ein Bedarf an Heizungsenergie oder an Warmwasser besteht. In diesem Fall ist der Schalter 3a geöffnet, und die von der Photovoltaikanlage 2 erzeugte Energie wird in die Wärmepumpe eingespeist. Für die Versorgung der Wärmepumpe entstehen nun keine Energiekosten.
2c zeigt nun Schaltzustand der Schalter 3a bis 3c für den Fall, dass kein Bedarf an Heizungsenergie oder an Warmwasser besteht. In diesem Fall ist der Schalter 3a geschlossen, und die von der Photovoltaikanlage 2 erzeugte Energie wird in das öffentliche Netz eingespeist.
Die Steuerungseinheit 3 kann auch so programmiert sein, dass die aktuelle Entscheidung über die Verwendung des Solarstromes nicht aus der bereitgestellten kumulativen Energiemenge der Photovoltaikanlage abgeleitet wird, sondern eine Entscheidungsstrategie gewählt wird, welche Verbrauchsgewohnheiten, jahreszeitliche Sonnenscheindauer, jahreszeitlichen Wärmenergiebedarf und dergleichen berücksichtigt, so dass ein komplexes Entscheidungskriterium bereitgestellt wird, das im Jahresmittel das oben genannte Kriterium erfüllt, wonach die Wärmepumpe 4 erst dann mit Solarstrom betrieben wird, wenn der Energiemengen-Sollwert erreicht oder überschritten ist. Die Entscheidungsstrategie kann in einem Programmalgorithmus abgelegt sein, mit Hilfe dessen die Steuerungseinheit einen beispielsweise tagesaktuellen Energiemengen-Sollwert bestimmen kann.
Im weiteren wird anhand von Auslegungsbeispielen gezeigt, welchen Einfluss das Verhältnis zwischen dem nominellen Energiebedarf der Wärmepumpe 4 zu der nominellen Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage 2 auf die Ertragslage der Photovoltaikanlage 2 hat.
In den folgenden Beispielen wird davon ausgegangen, dass die Wärmepumpe 4 einen Energiebedarf von 3 kW hat. Es wird weiter angenommen, dass die nutzbare Sonnenscheindauer pro Jahr 900 h beträgt und dass die Wärmepumpe 4 pro Jahr 6875 kWh elektrische Energie verbraucht. Der Energiepreis betrage 0,13 EUR/kWh, die Einspeisungsvergütung 0,518 EUR/kWh.
Beispiel 1
Das Verhältnis des nominellen Energiebedarfs der Wärmepumpe 4 zu der nominellen Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage 2 ist 1:1, d.h. die Photovoltaikanlage hat eine Ausgangsleistung von 3 kW.
Der jährliche Ertrag der Photovoltaikanlage 2 beträgt 3 kW × 900 h = 2700 kWh
Wenn nun die Photovoltaikanlage 2 ausschließlich zum Betrieb der Wärmepumpe 4 genutzt wird, müssen nur noch (6875 – 2700) kWh = 4175 kWhan elektrischer Energie bezogen werden, d.h. die Einsparung beträgt 0,13 × 2700 EUR = 351,- EUR
Beispiel 2
Das Verhältnis des nominellen Energiebedarfs der Wärmepumpe 4 zu der nominellen Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage 2 ist 1:2, d.h. die Photovoltaikanlage hat eine Ausgangsleistung von 6 kW.
Der jährliche Ertrag der Photovoltaikanlage 2 beträgt nun 6kW × 900h = 5400 kWh
Unter der Annahme, dass 65 % des Solarstromaufkommens für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt werden, müssen nur noch (6875 – 0,65 × 5400) kWh = 3365 kWhan elektrischer Energie bezogen werden, d.h. die Einsparung beträgt 0,13 × 3510 EUR = 456,30 EUR
Aus dem Verkauf des restlichen Solarstroms kann ein Erlös von (0,518 × 1890) EUR = 979,02 EURerzielt werden.
Abzüglich der für den Betrieb der Wärmepumpe anfallenden Energiekosten verbleibt ein Überschuss von 979,02 EUR – 0,13 EUR/kWh × 3365 kWh = 541,57 EUR
Der jährliche Erlösüberschuss in Höhe von 541,57 EUR kann zur Deckung der Finanzierungskosten der Photovoltaikanlage herangezogen werden.
Beispiel 3
Das Verhältnis des nominellen Energiebedarfs der Wärmepumpe 4 zu der nominellen Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage 2 ist 1:3, d.h. die Photovoltaikanlage hat eine Ausgangsleistung von 9 kW.
Der jährliche Ertrag der Photovoltaikanlage 2 beträgt nun 9kW × 900h = 8100 kWh
Unter der Annahme, dass 65 % des Solarstromaufkommens für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt werden, müssen nur noch (6875 – 0,65 × 8100) kWh = 1610 kWhan elektrischer Energie bezogen werden, d.h. die Einsparung beträgt 0,13 × 5265 EUR = 684,45 EUR
Aus dem Verkauf des restlichen Solarstroms kann ein Erlös von 0,518 × 2835 EUR = 1468,53 EURerzielt werden.
Abzüglich der für den Betrieb der Wärmepumpe anfallenden Energiekosten verbleibt ein Oberschuss von 1468,53 EUR – 0,13 EUR/kWh × 1610 kWh = 1259,23 EUR
Der jährliche Erlösüberschuss in Höhe von 1259,23 EUR kann zur Deckung der Finanzierungskosten der Photovoltaikanlage herangezogen werden, bzw. es verbleibt im Vergleich mit Beispiel 2 ein Überschuss/Gewinn vor Steuern von 717,66 EUR.

1: Gebäude
2: Photovoltaikanlage
2a: elektrische Ableitung
3: Steuerungseinheit
4: Wärmepumpe
5: Heizkörper
5w: Warmwasserleitung
6: Grundwasserschicht
7: Einspeisezähler
8: Hausstromzähler

Claims

Vorrichtung zur Klimatisierung eines Gebäudes (1) mit einer Photovoltaikanlage (2) und einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der nominellen Leistungsaufnahme der Wärmepumpe (4) zur nominellen Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage (2) zwischen 1:1 und 1:3 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem elektrischen Ausgang der Photovoltaikanlage (2) und einem Einspeisezähler (7) ein erster Ein-Aus-Schalter (3a) angeordnet ist, dass zwischen dem elektrischen Ausgang der Photovoltaikanlage (2) und dem elektrischen Eingang der Wärmepumpe (4) ein zweiter Ein-Aus-Schalter (3b) angeordnet ist, und dass zwischen dem elektrischen Eingang der Wärmepumpe (4) und einem Hausstromzähler (8) ein dritter Ein-Aus-Schalter (3c) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ein-Aus-Schalter (3a) und der zweite Ein-Aus-Schalter (3b) und der dritte Ein-Aus-Schalter (3c) mit einer Steuerungseinheit (3) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuerungseinheit (3) ein Energiemengen-Sollwert einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuerungseinheit (3) ein Temperatur-Sollwert und/oder ein Temperatur-Regime einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an die Steuerungseinheit (3) Sensoren anschließbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (3) programmierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (3) mindestens eine Datenübertragungs-Schnittstelle aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikanlage (2) ausschließlich zur Umwandlung von solarer Energie in elektrische Energie ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikanlage (2) mit Dünnschicht-Modulen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nominelle Leistungsaufnahme der Wärmepumpe (4) zwischen 2 und 170 kW ist, vorzugsweise zwischen 2 kW und 5 kW ist.
Vorrichtung nach einem dervorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (4) eine G-Zahl von 1:A aufweist, wobei A ≥ 2 ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (4) als Luft-/Wasser-Wärmepumpe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (4) als Sole-Wärmepumpe ausgebildet ist.
Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Klimatisierung eines Gebäudes (1) vorzugsweise gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Photovoltaikanlage (2) zur Erzeugung elektrischer Energie und einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe (4), dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Ausgang der Photovoltaikanlage (2) mit einem Einspeisezähler (7) verbunden wird, wenn in einem gewählten Zeitraum die von der Photovoltaikanlage (2) in das öffentliche elektrische Netz eingespeiste kumulierte Energiemenge kleiner als ein Energiemengen-Sollwert ist oder wenn die Wärmepumpe (4) nicht in Betrieb gesetzt ist, und dass der elektrische Ausgang der Photovoltaikanlage (2) mit dem elektrischen Eingang der Wärmepumpe (4) verbunden wird, wenn in einem gewählten Zeitraum die von der Photovoltaikanlage (2) in das öffentliche elektrische Netz eingespeiste kumulierte Energiemenge größer als der Energiemengen-Sollwert ist und wenn die Wärmepumpe (4) in Betrieb gesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiemengen-Sollwert als Festwert vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiemengen-Sollwert auf Prognose und/oder auf Messwerte gestützt variabel vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Inbetriebnahme der Wärmepumpe (4) entsprechend eines Temperatur-Sollwerts und/oder eines Temperatur-Regimes vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiemengen-Sollwert mit einem Programmalgorithmus bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiemengen-Sollwert in Echtzeit bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmalgorithmus die Abfrage von Sensordaten und/oder digital bereitgestellter Informationen vorsieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Abarbeitung des Programmalgorithmus und/oder die Steuerung der Komponenten der Vorrichtung mit einer Steuerungseinheit (3) vorgenommen werden bzw. wird.