Best Practices für die Konstruktion von PV-Wärmepumpen

Ein internationales Forscherteam führte eine umfassende Überprüfung der Modelle durch, die zur Definition von Best Practices für die Entwicklung und Simulation von PV-Wärmepumpensysteme (WP) in verschiedenen Konfigurationen und ermittelte wichtige Leistungsindikatoren für die Stromerzeugung und die Gesamtlebenszykluskosten.

„PV-Wärmepumpen sind komplexe Systeme, die für eine präzise Simulation ebenso komplexe Modelle erfordern“, betonten die Wissenschaftler. „Die meisten solarbetriebenen Wärmepumpensysteme haben komplexe Designs und Funktionsprinzipien, die an spezifische Umgebungen oder Strukturen angepasst sind. Daher ändert sich ihre Leistung je nach Randbedingungen und charakteristischen Parametern.“

Die Forschungsarbeit untersucht insbesondere sämtliche Modelle von PV-betriebenen Wärmepumpen in verschiedenen Ländern, die für die Systemmodellierung und -validierung verwendeten Softwaretypen und deren Steuerungsstrategien sowie die Details von Best-Practice-Ansätzen und die wirtschaftlichen und politischen Auswirkungen des Ersatzes von Propanheizungen durch Wärmepumpen.

Dieses Dokument bietet außerdem eine Reihe von Tools für die technisch-ökonomische Analyse einer PV-Wärmepumpe. Es beschreibt die Modellierung und Randbedingungen für jede Systemkomponente sowie Alternativen und Gründe für deren Nichteinsatz, je nach Systemtyp.

Die vorgeschlagene Methodik kombiniert fünf verschiedene Modelle aus mehreren Computerprogrammen in einem einzigen Analysetool, das Berichten zufolge genaue Schlüsselindikatoren für die Analyse technischer, wirtschaftlicher und klimabezogener Auswirkungen liefert.

„Es wurde Microsoft Excel verwendet, die Bearbeitung hätte aber auch in LibreOffice Calc erfolgen können“, merken die Wissenschaftler an. Ziel dieser Rezension ist es nicht, ein bestimmtes Modell oder Werkzeug hervorzuheben oder zu empfehlen, sondern vielmehr mehrere Modelle für jede Komponente des Gesamtmodells zu diskutieren. Wie in früheren Rezensionen gezeigt, gibt es mehrere Softwaretools, die Simulationen gleichzeitig durchführen können, nämlich TRNSYS, Polysun, EnergyPlus oder IDA ICE.“

Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass Photovoltaik-Wärmepumpen bereits heute klare wirtschaftliche und ökologische Vorteile bieten und dass die Speicherung von elektrischer und thermischer Energie diese noch weiter steigern könnte. Das Haupthindernis für ihre Einführung bleiben jedoch die hohen Anschaffungskosten.

Dem Team zufolge bieten Open-Source-Simulationstools wie SAM, EnergyPlus und OCHRE einen breiten Zugang zu hochwertigen Simulationen, um Verbrauchern und politischen Entscheidungsträgern dabei zu helfen, fundierte Entscheidungen zu treffen.

„Zweitens sollten Forschungsförderer und Regierungen die Freigabe und den Austausch von Daten fördern, um die Validierung zukünftiger Modelle zu vereinfachen und eine zuverlässige und glaubwürdige Simulationsumgebung zu schaffen“, so das Fazit der Autoren. Darüber hinaus könnte die Entwicklung offener Hardware für die verschiedenen Systemkomponenten die Investitionskosten weiter senken und die notwendige Skalierung beschleunigen, damit die Technologie ihr volles Potenzial entfalten kann.“

Ihre Ergebnisse wurden in einem Artikel mit dem Titel „Best Practices in techno-ökonomischen Methoden zur Analyse von solar-photovoltaisch gekoppelten Wärmepumpen in kalten Klimazonen“ in der Zeitschrift Energy and Buildings. Das Forschungsteam bestand aus Wissenschaftlern der Western Canada University und des Royal Institute of Technology in Schweden.