DE102014013614A1 - Solar heating with photovoltaic-thermal collector - Google Patents

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Abstract

Solarheizung zum Heizen und/oder Kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten: ein photovoltaisch-thermischer (Hybrid-)Kollektor, eine Wärmepumpe und eine Wärmeverteilung, insbesondere einen Heizkörper, als eine kompakte baulichen Einheit ausgeführt werden, die ein hohes Maß an Vorfertigung und einen Betrieb als autonome Einheit ermöglicht, ohne dass die Komponenten auf eine zentrale Heizungsanlage einzeln abgestimmt werden müssen. Der Installationsaufwand wird durch die vorgefertigte Verschaltung der Komponenten ebenfalls deutlich reduziert. Es kann eine elektrische Verbindung zum Stromnetz bestehen, über die elektrische Überschüsse in das Stromnetz eingespeist, entnommen oder gespeichert werden können, so dass die Wärmepumpe auch ohne solare Einstrahlung als Wärmeerzeuger genutzt werden kann.Solar heating for heating and / or cooling, characterized in that the components: a photovoltaic-thermal (hybrid) collector, a heat pump and a heat distribution, in particular a radiator, are designed as a compact structural unit, the high degree of prefabrication and allows operation as an autonomous unit without having to individually tune the components to a central heating system. The installation effort is also significantly reduced by the prefabricated interconnection of the components. There may be an electrical connection to the power grid, can be fed via the electrical surplus in the power grid, removed or stored, so that the heat pump can be used as a heat generator without solar radiation.

Description

Solarheizung zum Heizen und/oder Kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten: ein photovoltaisch-thermischer (Hybrid-)Kollektor, eine Wärmepumpe und eine Wärmeverteilung, insbesondere einen Heizkörper, als eine kompakte baulichen Einheit ausgeführt werden, die ein hohes Maß an Vorfertigung und einen Betrieb als autonome Einheit ermöglicht, ohne dass die Komponenten auf eine zentrale Heizungsanlage einzeln abgestimmt werden müssen.Solar heating for heating and / or cooling, characterized in that the components: a photovoltaic-thermal (hybrid) collector, a heat pump and a heat distribution, in particular a radiator, are designed as a compact structural unit, the high degree of prefabrication and allows operation as an autonomous unit without having to individually tune the components to a central heating system.

Aus dem Stand der Technik sind die Bereitstellung von Strom mit Photovoltaikmodulen und von Wärme mit thermischen Sonnenkollektoren oder beidem mit photovoltaisch-thermischen Kollektoren (PVT-Kollektoren) in Verbindung mit Wärmepumpenanlagen zur Wärmeversorgung von Gebäuden oder anderen Wärmeverbrauchern bekannt. Die solar erzeugte Energie in einem solchen System reduziert den fossilen Ressourcenverbrauch, vermindert die Umweltbelastung und verbessert die Unabhängigkeit von externen Energiequellen.From the prior art, the provision of power with photovoltaic modules and heat with solar thermal collectors or both with photovoltaic-thermal collectors (PVT collectors) in connection with heat pump systems for heat supply to buildings or other heat consumers known. The solar energy generated in such a system reduces fossil resource consumption, reduces environmental impact and improves the independence from external energy sources.

In konventionellen solaren Wärmepumpenanlagen wird Heizwärme durch eine elektrische Kompressionswärmepumpe bereitgestellt. Die Wärmepumpe wandelt leicht verfügbare Niedertemperaturwärme in einem thermodynamischen Kreisprozess unter Aufwendung elektrischer Energie in nutzbare Wärme auf einem höheren Temperaturniveau um. Als Niedertemperaturwärmequellen werden Solarwärme oder alternativ Wärme aus der Umgebungsluft, Erdwärme oder Wärme aus Abwasser oder Abwärme anderer thermischer Prozesse genutzt. In den Anlagen werden zumeist die Wärmequellen in Kombination mit thermischen Speichern eingesetzt, um die Schwankungen des Wärmeverbrauchs und des Wärmeangebots auszugleichen.In conventional solar heat pump systems, heat is provided by an electric compression heat pump. The heat pump converts readily available low-temperature heat into usable heat at a higher temperature level in a thermodynamic cycle using electrical energy. As low-temperature heat sources solar heat or alternatively heat from the ambient air, geothermal or heat from wastewater or waste heat of other thermal processes are used. In the plants, the heat sources are usually used in combination with thermal storage to compensate for the fluctuations in heat consumption and supply.

Im Gegensatz zu den genannten thermischen Niedertemperaturquellen erzeugen PVT-Kollektoren oder sogenannte Hybrid-Kollektoren, zusätzlich zur bereitgestellten Wärme, Strom. Die Verbindung von PVT-Kollektoren und Wärmepumpen eignet sich deshalb besonders, um mit einer Komponente einen hohen solaren Anteil für die Strom- und Wärmeversorgung zu erreichen. Im Gegensatz zur rein elektrischen Unterstützung mit Photovoltaikelementen, welche allein elektrische Antriebsenergie für die Wärmepumpe bereitstellen können, stellt der PVT-Kollektor zusätzlich Wärme bereit. Beispiele für ausgeführte PVT-Kollektoren sind WO 2007144113 , AU2013100028 oder WO2012088327 .In contrast to the mentioned low-temperature thermal sources, PVT collectors or so-called hybrid collectors generate electricity in addition to the heat provided. The combination of PVT collectors and heat pumps is therefore particularly suitable for achieving a high solar component for the supply of electricity and heat with one component. In contrast to the purely electrical support with photovoltaic elements, which alone can provide electrical drive energy for the heat pump, the PVT collector provides additional heat. Examples of implemented PVT collectors are WO 2007144113 . AU2013100028 or WO2012088327 ,

In WO2013070752 (A1) werden vorgefertigte PVT-Module beschrieben, in die weitere Systemkomponenten integriert werden. Die aufgeführte Integration umfasst eine Pumpe zum Transport eines Wärmeträgerfluids, einen elektrischen Wechselrichter, einen Regler und bietet die optionale Möglichkeit einer Netzkopplung. Die gewonnene thermische Energie wird an Verbraucher in einem externen System außerhalb des PVT-Kollektors abgeführt.In WO2013070752 (A1) prefabricated PVT modules are described in which further system components are integrated. The listed integration includes a pump for transporting a heat transfer fluid, an electrical inverter, a controller and offers the optional possibility of network coupling. The recovered thermal energy is dissipated to consumers in an external system outside the PVT collector.

Die Nutzung von thermischer Energie aus photovoltaisch-thermischen Kollektoren erfolgt nach dem Stand der Technik durch die Wärmeabgabe an ein Wärmeverteilsystem. Repräsentativ für die typische Einbindung von PVT-Kollektoren ist die thermische und/oder elektrische Verschaltung der PVT-Kollektor mit einer Wärmepumpe in einer zentralen Wärmeversorgungsanlage. Exemplarisch für mögliche Verschaltungen von PVT-Kollektoren mit einem zentralen Wärmeversorgungssystem mit Wärmepumpe sind Systeme in DE 10 2011 050 643 , CN 202501664 oder GB2484326 dargestellt. Hierbei werden die PVT-Kollektoren bereits als Wärmequelle für die Wärmepumpe eingesetzt. Die Einbindung in eine zentrale Wärmepumpenanlage ermöglicht je nach Verschaltung die Nutzung von Wärme aus dem PVT-Kollektor entweder als Niedertemperaturwärmequelle für die Wärmepumpe oder zur Bereitstellung direkt nutzbarer Wärme auf hohem Temperaturniveau beispielsweise in einem Trinkwarmwasserspeicher.The use of thermal energy from photovoltaic-thermal collectors is carried out according to the prior art by the heat transfer to a heat distribution system. Representative of the typical integration of PVT collectors is the thermal and / or electrical interconnection of the PVT collector with a heat pump in a central heat supply system. Exemplary for possible interconnections of PVT collectors with a central heat supply system with heat pump are systems in DE 10 2011 050 643 . CN 202501664 or GB2484326 shown. Here, the PVT collectors are already used as a heat source for the heat pump. The integration in a central heat pump system allows depending on the interconnection, the use of heat from the PVT collector either as a low-temperature heat source for the heat pump or to provide directly usable heat at high temperature level, for example in a domestic hot water tank.

Die Verschaltung von PVT-Kollektoren mit einem zentralen thermischen Verteilsystem hat mehrere Nachteile, (1) dass der Aufstellort der Wärmepumpe meist entfernt vom PVT-Kollektor und der Wärmeverteilung ist, was zu langen Rohrleitungen und damit verbundenen Wärmeverlusten beim Wärmetransport und nicht zuletzt Kosten führt, (2) dass die Verbindung von PVT-Kollektoren in bestehenden Heizungsanlagen mit hohem Planungs- und technischem Installationsaufwand verbunden ist, so dass im Extremfall in Bestandssystemen durch die komplexe Systemintegration entsprechende Systeme meist gar nicht realisierbar sind, (3) dass die Komponenten PVT-Kollektor, Wärmepumpe und Wärmeverteilsystem jeweils passend zum Wärmebedarf und in Abhängigkeit zueinander dimensioniert werden müssen, was einen hohen Planungsaufwand fordert und gleichzeitig einer Skalierbarkeit, Massenfertigung und Paketlösungen der Wärmeerzeugung widerspricht und (4) dass die Einbindung in das zentrale Heizungssystem vor allem in Mehrfamilienhäusern einen aufwändigen Abstimmungs- und Abrechnungsbedarf zwischen Mieter, Hauseigentümer, weiteren Mietern und/oder einer Eigentümergemeinschaft erfordert, der häufig einer Solarenergienutzung entgegensteht.The interconnection of PVT collectors with a centralized thermal distribution system has several disadvantages, (1) that the location of the heat pump is usually remote from the PVT collector and heat distribution, resulting in long pipelines and associated heat losses during heat transfer and, not least, costs. (2) that the connection of PVT collectors in existing heating systems with high planning and technical installation effort is connected, so that in extreme cases in existing systems through the complex system integration corresponding systems are usually not feasible, (3) that the components PVT collector , Heat pump and heat distribution system must be sized according to the heat demand and depending on each other, which requires a high planning effort and at the same time a scalability, mass production and package solutions of heat generation contradicts and (4) that the integration into the central heating system above all in multi-family houses requires a complex coordination and settlement needs between tenants, homeowners, other tenants and / or a community of owners, which often precludes a solar energy use.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile weitestgehend zu vermeiden und eine einfach zu installierende und einfach planbare, skalierbare, massenproduktionsfähige Komponente mit geringen Verteilverlusten für die Bereitstellung von solarer Wärme zu liefern, die sowohl in Bestandsgebäuden also auch im Neubau solare Wärme mit geringem Installationsaufwand und bestmöglicher Ausnutzung der Solarstrahlung in Form von thermischer und elektrischer Energie breitstellt.Object of the present invention is to avoid the aforementioned disadvantages as much as possible and easy to install and easy to plan, scalable, mass production component with low distribution losses for Provision of solar heat to provide, both in existing buildings and in the new building solar heat with low installation costs and the best possible utilization of the solar radiation in the form of thermal and electrical energy.

Die Vermeidung der vorgenannten Nachteile gelingt durch eine erfindungsgemäße Solarheizung. Die Erfindung betrifft eine bauliche Einheit, bestehend aus einem photovoltaisch thermischen (PVT-)Kollektor, einem Wechselrichter mit MPP-Tracker (Maximum Power Point), einer elektrischen Kompressionswärmepumpe und einer Wärmeverteilung wie einem Heizkörper, zur Umwandlung von Sonnenlicht und Umgebungswärme in nutzbare Wärme zur Beheizung von Gebäude oder zur Wärmeabgabe an andere Wärmeverteilsysteme.The avoidance of the aforementioned disadvantages is achieved by a solar heating according to the invention. The invention relates to a structural unit, consisting of a photovoltaic thermal (PVT) collector, an inverter with MPP tracker (Maximum Power Point), an electric compression heat pump and a heat distribution such as a radiator, for converting sunlight and ambient heat into usable heat for Heating buildings or dissipating heat to other heat distribution systems.

Auftreffendes Sonnenlicht wird von den photovoltaischen Zellen in elektrische und thermische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wird zum Betrieb der elektrischen Komponenten in der Solarheizung, insbesondere des Wärmepumpenkompressors, der Fluidpumpen, der Regelung und des Wechselrichters verwendet. Überschüssige elektrische Energie kann in ein externes elektrisches Netz eingespeist werden. Der thermische Anteil der der umgewandelten Sonnenenergie wird durch einen rückseitig aufgebrachten Wärmetauscher an einen Fluidkreis übergeben und zur Verdampferseite der integrierten Wärmepumpe transportiert. Die Wärmepumpe hebt die Temperatur der zugeführten thermischen Energie unter Aufwendung von elektrischem Strom auf ein nutzbares Niveau an und gibt sie über den Kondensator ab. Auf der Kondensatorseite wird die Wärme über einen Fluidkreislauf an einen Radiator abgegeben der wiederum die Wärme, insbesondere an einen Wohnraum, abgibt.Incident sunlight is converted by the photovoltaic cells into electrical and thermal energy. The electrical energy is used to operate the electrical components in the solar heating, in particular the heat pump compressor, the fluid pumps, the control and the inverter. Excess electrical energy can be fed into an external electrical grid. The thermal portion of the converted solar energy is transferred through a heat exchanger applied to the back to a fluid circuit and transported to the evaporator side of the integrated heat pump. The heat pump raises the temperature of the supplied thermal energy by applying electric current to a usable level and releases it via the capacitor. On the condenser side, the heat is released via a fluid circuit to a radiator, which in turn delivers the heat, in particular to a living room.

Eine integrale Ausgestaltung als bauliche Einheit aus ein bis zwei Teilen erlaubt die optimale Abstimmung der Komponenten aufeinander, so dass sich gleichzeitig der planerische Dimensionierungs- und technische Installationsaufwand wesentlich vereinfacht. Die hydraulische Integration in ein externes, zentrales Heizungssystem und die anlagenspezifische Abstimmung der Komponenten untereinander entfällt, weil ein autonomer Betrieb ohne Integration in ein zentrales Heizungssystem möglich ist. Weiterhin wird eine industrielle Massenfertigung durch hohe Skalierbarkeit erreicht. Überschüssige elektrische Energie kann in ein externes Netz eingespeist werden. Die Solarheizung ist sowohl im Netzverbund als auch im Inselbetrieb einsetzbar.An integral design as a structural unit of one to two parts allows the optimal coordination of the components to each other, so that at the same time significantly simplifies the planning dimensioning and technical installation effort. The hydraulic integration into an external, central heating system and the system-specific coordination of the components with each other is eliminated because an autonomous operation without integration into a central heating system is possible. Furthermore, industrial mass production is achieved by high scalability. Excess electrical energy can be fed into an external network. The solar heating can be used both in the grid network as well as island operation.

Durch die Umkehrung des Kreisprozesses in der Wärmepumpe kann die beschriebene Solarheizung auch zum Kühlen verwendet werden, also der Wärmeverteilung Wärme entziehen und an die Umgebung abgeben.By reversing the cycle in the heat pump described solar heating can also be used for cooling, so extract the heat distribution heat and deliver it to the environment.

Die Wärmepumpe in der Solarheizung kann auch ohne Sonnenstrahlung mit Strom aus dem externen Netz zum Heizen oder Kühlen betrieben werden. Der Wärmetauscher auf der Rückseite der Photovoltaikzellen kühlt sich dann ab und entnimmt Wärme aus der Umgebungsluft. Bei einer Kreisprozessumkehrung, also im Kühlfall, wird der Wärmetauscher auf der Rückseite der Photovoltaikzellen erwärmt und gibt Wärme an die Umgebung ab.The heat pump in the solar heating can also be operated without solar radiation with electricity from the external network for heating or cooling. The heat exchanger on the back of the photovoltaic cells then cools and removes heat from the ambient air. In a Kreisprozessumkehrung, ie in cooling, the heat exchanger is heated on the back of the photovoltaic cells and gives off heat to the environment.

Ein netzunabhängiger Betrieb (Anspruch 2) ist ebenfalls möglich. Die Solarheizung kann dann nur betrieben werden, wenn ausreichend Solarstrahlung zur Verfügung steht oder wenn elektrische Energie beispielsweise über eine Batterie (Anspruch 12) bereitgestellt wird.A network-independent operation (claim 2) is also possible. The solar heating can then only be operated if sufficient solar radiation is available or if electrical energy is provided, for example, via a battery (claim 12).

Es ist auch denkbar, dass mehrere Teileinheiten miteinander verschaltet werden, um Komponenten zu sparen. Beispielsweise können vier Solarheizungen durch entsprechende Verbindungen mit nur zwei Radiatoren installiert werden oder von mehreren Solarheizungen verfügt nur eine Solarheizung über eine Batterie, von der aus aber die Regelung mehrerer Solarheizungen mit Strom versorgt werden.It is also conceivable that several subunits are interconnected to save components. For example, four solar heaters can be installed by means of corresponding connections with only two radiators, or of several solar heaters, only one solar heater has a battery, from which, however, the regulation of several solar heating systems are supplied with electricity.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an den Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Other objects, features, advantages and applications of the device according to the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments of the drawings. All described and / or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of the summary in individual claims or their dependency.

In den Zeichnungen zeigenIn the drawings show

1 Die Solarheizung in einer Ausführungsform bei Befestigung auf der Außenhülle eines Gebäudes. 1 The solar heater in one embodiment when mounted on the outer shell of a building.

2 Die Solarheizung ist in die Außenhülle der Gebäudedämmung integriert 2 The solar heating system is integrated in the outer shell of the building insulation

3 Die Solarheizung ist in die Gebäudedämmung integriert und durchbricht nicht die tragende Gebäudehülle, sondern führt die Wärme vom Kondensator auf die Außenseite der tragenden Wand jedoch innerhalb des gedämmten Bereichs des Gebäudes. 3 The solar heater is integrated into the building insulation and does not break through the load-bearing building envelope, but instead transfers the heat from the condenser to the outside of the load-bearing wall within the insulated area of the building.

4 Anstelle eines Heizkörpers zur Wärmeübertragung an ein Gebäude wird die Wärme kondensatorseitig über einen Wärmetauscher an einen Heizkreis übergeben. 4 Instead of a radiator for heat transfer to a building, the heat is transferred to the condenser side via a heat exchanger to a heating circuit.

Die in 1 dargestellte Solarheizung ist zum Heizen oder Kühlen nach Anspruch 1 dargestellt. Diese besteht aus stromerzeugenden photovoltaischen Zellen (1), die von einer transparenten Abdeckung (2) vor Witterungseinflüssen geschützt werden. Ein Teil des einfallenden Sonnenlichtes wird in elektrischen Strom umgewandelt und kann über die elektrische Leitung (11) abgeführt werden. Die elektrische Leitung ist mit einer Leistungspunktregelung (7) (MPP-Tracker) verbunden, der den elektrischen Betriebspunkt der photovoltaischen Stromerzeugung regelt. Diese Gleichspannung wird über einen elektrischen Wechselrichter in Wechselspannung (8) umgewandelt. Der erzeugte Wechselstrom versorgt die Umwälzpumpen (16), (17), die Wärmepumpe (13), eine zentrale Regeleinheit (9), die Leistungspunktregelung (7) oder kann in ein externes elektrisches Netz (10) eingespeist werden. Die Verteilung des elektrischen Stroms und der Betrieb der Wärmepumpe wird durch eine zentrale Regeleinheit (9) gesteuert bzw. geregelt.In the 1 illustrated solar heater is shown for heating or cooling according to claim 1. This consists of electricity generating photovoltaic Cells ( 1 ), covered by a transparent cover ( 2 ) are protected from the weather. Part of the incoming sunlight is converted into electrical current and can be transmitted via the electrical 11 ) are discharged. The electrical line is equipped with a power point control ( 7 ) (MPP tracker), which regulates the electrical operating point of photovoltaic power generation. This DC voltage is converted into AC voltage via an electrical inverter ( 8th ) transformed. The generated alternating current supplies the circulating pumps ( 16 ) 17 ), the heat pump ( 13 ), a central control unit ( 9 ), the credit scheme ( 7 ) or can be connected to an external electrical network ( 10 ) are fed. The distribution of the electric current and the operation of the heat pump is controlled by a central control unit ( 9 ) controlled.

Auf der Rückseite der photovoltaischen Zellen wird ein Wärmetauscher (4) angebracht, der Wärme von der Rückseite der photovoltaischen Zelle an die Verdampferseite der Wärmepumpe (12) abführt. Der Wärmetransport erfolgt über die Umwälzung eines Fluids in der Fluidkreisleitung auf der Verdampferseite der Wärmepumpe (15) mit Hilfe der Pumpe im Verdampferfluidstrom (16). Die Wärme wird von der Wärmepumpe (13) aufgenommen und unter Aufwendung von elektrischem Strom auf der Kondensatorseite der Wärmepumpe (14) an den Fluidkreislauf auf der Kondensatorseite (18) abgegeben. Die Wärme wird vom Fluidkreislauf auf der Kondensatorseite aufgenommen, mit der kondensatorseitigen Pumpe (17) transportiert und über einen Wärmetauscher (19), insbesondere einen Radiator zur Raumbeheizung, an einen Innenraum (20) wieder abgegeben.On the back of the photovoltaic cells is a heat exchanger ( 4 ), the heat from the back of the photovoltaic cell to the evaporator side of the heat pump ( 12 ) dissipates. The heat transfer takes place via the circulation of a fluid in the fluid circuit line on the evaporator side of the heat pump ( 15 ) by means of the pump in the evaporator fluid flow ( 16 ). The heat is transferred from the heat pump ( 13 ) and with the application of electrical current on the condenser side of the heat pump ( 14 ) to the fluid circuit on the condenser side ( 18 ). The heat is absorbed by the fluid circuit on the condenser side, with the condenser pump ( 17 ) and via a heat exchanger ( 19 ), in particular a radiator for space heating, to an interior ( 20 ) again.

Die außenliegenden Bauteile werden durch ein Gehäuse (3) zusammengefasst und auf der Außenseite der Gebäudehülle, bestehend aus Gebäudedämmung (5) und Wandkonstruktion (6) befestigt.The external components are replaced by a housing ( 3 ) and on the outside of the building envelope, consisting of building insulation ( 5 ) and wall construction ( 6 ) attached.

2 zeigt eine erfinderische Ausgestaltung der Solarheizung, wobei das PVT-Modul und die Wärmepumpe eine bauliche Einheit (21) bilden, welche in der Dämmhülle des Gebäudes angeordnet ist und mit einem Heizkörper im Inneren verbunden wird. 2 shows an inventive embodiment of the solar heating, wherein the PVT module and the heat pump, a structural unit ( 21 ), which is arranged in the insulating sleeve of the building and is connected to a radiator inside.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Solarheizung als eine bauliche Einheit, wobei die Wärmepumpe die Wärme von außen auf die Gebäudehülle abgibt. Das Gebäude wird somit von außen beheizt. 3 shows a solar heater according to the invention as a structural unit, the heat pump emits the heat from the outside on the building shell. The building is thus heated from the outside.

4 zeigt eine erfindungsgemäße Solarheizung, wobei der Kondensator der Wärmepumpe (14) mit einem Wärmeübertrager (22) an das Heizungssystem (23) angekoppelt werden kann. 4 shows a solar heater according to the invention, wherein the condenser of the heat pump ( 14 ) with a heat exchanger ( 22 ) to the heating system ( 23 ) can be coupled.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Photovoltaische ZellenPhotovoltaic cells
22
Transparente Abdeckung (meist Glasscheibe und EVA Folie)Transparent cover (mostly glass and EVA foil)
33
Gehäuse des PVT-KollektorsHousing of the PVT collector
44
Wärmetauscher auf der Rückseite der photovoltaischen ZellenHeat exchanger on the back of the photovoltaic cells
55
Dämmung GebäudehülleInsulation building envelope
66
Gebäudehülle/WandkonstruktionBuilding envelope / wall construction
77
Elektrische Leistungspunktregelung (MPP-Tracker)Electric power point control (MPP tracker)
88th
Elektrischer Wechselrichter zur Spannungsumrichtung von Gleich- auf WechselstromElectric inverter for voltage conversion from DC to AC
99
Regeleinheit + SteuerungseinheitControl unit + control unit
1010
Externes elektrisches Haus- oder OrtsnetzExternal electrical house or local area network
1111
Elektrische LeitungenElectric lines
1212
Wärmepumpe VerdampferseiteHeat pump evaporator side
1313
Wärmepumpeheat pump
1414
Wärmepumpe KondensatorseiteHeat pump condenser side
1515
Fluidkreisleitung VerdampferFluid circuit line evaporator
1616
Pumpe VerdampferfluidstromPump evaporator fluid flow
1717
Pumpe KondensatorfluidstromPump capacitor fluid flow
1818
Fluidkreisleitung KondensatorFluid circuit line condenser
1919
Wärmetauscher zum Innenraum (Heizkörper)Heat exchanger to the interior (radiator)
2020
Innenbereich eines GebäudesInterior of a building
2121
PVT-KollektorPVT collector
2222
Wärmetauscherheat exchangers
2323
externer Fluidkreisexternal fluid circuit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (14)

Solarheizung zur Bereitstellung von Wärme und Strom mit den Komponenten photovoltaisch-thermischer Kollektor (PVT), elektrische Kompressionswärmepumpe, Wechselrichter mit MPP-Tracker, Umwälzpumpe, Regelung und einer Wärmeverteilung, insbesondere einem Heizkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der PVT-Kollektor sowohl als Wärmequelle für die Wärmepumpe als auch als elektrische Energiequelle für die elektrischen Komponenten insbesondere den Wärmepumpenkompressor dient, dass die Wärmeverteilung als Wärmesenke für die Wärmepumpe dient und dass die Komponenten als eine industriell vorgefertigte bauliche Einheit ausgeführt werden oder vor Ort aus zwei vorgefertigten Einheiten zu einer baulichen Einheit verbunden werden, um eine optimale Abstimmung der thermischen und elektrischen Leistungen der Komponenten zu erreichen und eine freie Skalierbarkeit zu ermöglichen und so den Installations- und Planungsaufwand wesentlich zu reduzieren.Solar heating for the provision of heat and electricity with the components photovoltaic-thermal collector (PVT), electric compression heat pump, inverter with MPP tracker, circulation pump, control and heat distribution, in particular a radiator, characterized in that the PVT collector both as a heat source for the heat pump as well as an electrical energy source for the electrical components, in particular the heat pump compressor, the heat distribution serves as a heat sink for the heat pump and that the components are designed as an industrially prefabricated structural unit or connected on site from two prefabricated units to a structural unit In order to achieve an optimal coordination of the thermal and electrical performance of the components and to allow free scalability and so significantly reduce the installation and planning effort. Solarheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Inselbetrieb herrscht, also keine Verbindung zu einem elektrischen Versorgungsnetz besteht.Solar heating according to claim 1, characterized in that there is an electrical island operation, so there is no connection to an electrical supply network. Solarheizung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Umkehrung des Kreisprozesses in der Wärmepumpe eine Wärmeabgabe von der Wärmeverteilung an die Umgebung, also Kühlung, möglich ist.Solar heating according to claim 1 or 2, characterized in that by the reversal of the cycle in the heat pump, a heat transfer from the heat distribution to the environment, ie cooling, is possible. Solarheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bauliche Einheit als Teil des Wandaufbaus einer Gebäudehülle ausgeführt wird.Solar heating according to one of the preceding claims, characterized in that the structural unit is designed as part of the wall structure of a building envelope. Solarheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverteilung direkt auf der Außenwand aufgebracht wird, so dass die Wärme vom Wärmetauscher (19) unmittelbar an die Außenseite der typischerweise tragendenden Wandkonstruktion übergeben wird, indem der Wärmetauscher unter der Wärmedämmung des Gebäudes beispielsweise eingeputzt, in eingefräste Nuten in der Außenwand eingebracht oder durch eine Haltekonstruktion an die Außenwand angedrückt wird.Solar heater according to one of the preceding claims, characterized in that the heat distribution is applied directly to the outer wall, so that the heat from the heat exchanger ( 19 ) is transferred directly to the outside of the typically supporting wall construction by the heat exchanger, for example, plastered under the thermal insulation of the building, introduced into milled grooves in the outer wall or pressed by a support structure to the outer wall. Solarheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarheizung die bereitgestellte Wärme am Kondensator über einen Wärmetauscher in ein Wärmeverteilsystem übergibt.Solar heating according to one of the preceding claims, characterized in that the solar heater transfers the heat provided to the condenser via a heat exchanger in a heat distribution system. Solarheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Verdampferseite der Wärmepumpe Wärme durch Direktverdampfung ohne Pumpe (16) im Verdampferfluidkreis (15) transportiert wird.Solar heating according to one of the preceding claims, characterized in that on the evaporator side of the heat pump heat by direct evaporation without pump ( 16 ) in the evaporator fluid circuit ( 15 ) is transported. Solarheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kondensatorseite der Wärmepumpe Wärme durch Direktkondensation ohne Pumpe (17) im Kondensatorfluidkreis (18) transportiert wird.Solar heater according to one of the preceding claims, characterized in that on the condenser side of the heat pump heat by direct condensation without pump ( 17 ) in the condenser fluid circuit ( 18 ) is transported. Solarheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere elektrisch betriebenen Komponenten nicht mit Wechsel-, sondern mit Gleichstrom betrieben werden.Solar heater according to one of the preceding claims, characterized in that one or more electrically operated components are operated not with AC but with DC. Solarheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarheizung durch ein externes, kabellos oder kabelgebunden übertragenes Signal, insbesondere von einem Raumthermostat oder einer externen Regelung, beispielsweise die Regeleinheit eines smart homes, geregelt wird.Solar heating according to one of the preceding claims, characterized in that the solar heating by an external, wireless or wired transmitted signal, in particular from a room thermostat or an external control, for example, the control unit of a smart homes, is regulated. Solarheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (19) durch geeignete Materialien mit hoher Wärmekapazität, insbesondere mit Phasenwechselmaterialien, gleichfalls eine thermische Speicherfunktion übernimmt.Solar heater according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger ( 19 ) by suitable materials with high heat capacity, in particular with phase change materials, also assumes a thermal storage function. Solarheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der baulichen Einheit ein elektrischer Speicher, insbesondere eine elektrische Batterie, betrieben wird, welcher bei Netzausfall oder ohne Solarstrahlungsangebot die Komponenten der Solarheizung mit elektrischer Energie versorgen kann.Solar heating according to one of the preceding claims, characterized in that within the structural unit, an electrical storage, in particular an electric battery, is operated, which can supply the components of the solar heater with electrical energy in case of power failure or without solar radiation. Solarheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bauliche Einheit nicht ortsfest installiert wird, sondern mobil, also einfach demontierbar und transportabel ausgeführt wird.Solar heater according to one of the preceding claims, characterized in that the structural unit is not installed stationary, but mobile, so it is easy to disassemble and transportable. Solarheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einheiten oder Teileinheiten der Solarheizung untereinander elektrisch und oder thermisch miteinander verschaltbar sind, so dass Teile der baulichen Einheit wie zum Beispiel Heizkörper oder Batterie eingespart werden können.Solar heater according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of units or subunits of the solar heater with each other and electrically or thermally interconnected, so that parts of the structural unit such as radiator or battery can be saved.
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