Wärmekopplung Photovoltaikzeitlose. Energieversorgung Abendschule für Berufstätige: Elektrotechnik Manfred Katzengruber

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1 Wärmekopplung Photovoltaikzeitlose Energieversorgung Abendschule für Berufstätige: Elektrotechnik Manfred Katzengruber

2 HTL-Diplomarbeit 2015/16 Wärmekopplung Photovoltaikzeitlose Energieversorgung Manfred Katzengruber 7/8ABET-N com Mobil:

3 Problemstellung Der Wirkungsgrad von konventionellen Photovoltaikanlagen ist durch die zur Verfügung stehende Dachfläche begrenzt. Die Energiebereitstellung ist nicht konstant über den Tag verteilt gewährleistet.

4 Zielsetzung Kombination von Photovoltaik- und Thermosolartechnik Erhöhung des Wirkungsgrades des Photovoltaikpaneels Zeitunabhängige Energiebereitstellung (Warmwasser) Nachrüstung an bestehenden Photovoltaikpaneelen

5 Konzept Grundprinzip der Lufwärmepumpe Verdampfen Verdichten Verflüssigen/Kondensieren Entspannen Zusatzwärmequelle für Luftwärmepumpe durch Kühlung eines Photovoltaikpaneels

6 Das Kombi-Paneel Aufbau auf der Rückseite des Photovoltaikpaneels, um das Prinzip der Luftwärmepumpe für die Kühlung zu verwenden.

7 Zielerreichung Durch die Kombination eines Photovoltaikpaneels mit dem Prinzip der Luftwärmepumpe zur Kühlung wird folgendes erreicht:

8 Zielerreichung Photovoltaikpaneel kann bis -40 Celsius gekühlt werden Kombination ist effizient bis -25 C Umgebungstemperatur Wirkungsgraderhöhung (Durchschnitt/Jahr) 40% Verdoppelung der Lebensdauer von 25 auf 50 Jahre Jederzeit Generierung von Warmwasser Absolut wartungsfrei durch Verwendung von Kühlgas

9 Zeitunabhängige Energiebereitstellung Das Energiekonzept beinhaltet die Speicherung in einer handelsüblichen Staplerbatterie, von Ah und 24V Systemspannung. Der Laderegler ist ein handelsüblicher Solarladeregler, das Energiemanagement wird über Arduino oder Raspberry Pi überwacht und nur gemeldet (Datenlogging). Die Anlagengröße ist für einen 3 4 Personenhaushalt konzipiert, die Hybridpaneele sind für m² ausgelegt.

10 Zeitunabhängige Energiebereitstellung Eine herkömmliche 4 kw p Photovoltaik-Anlage benötigt eine Fläche von ca. 40 m² und erzeugt, an einem guten Standort, jährlich etwa 3200 kwh Photovoltaik - Strom. Hier wird durch die Erhöhung des Wirkungsgrades 7 kwp und etwa 5800 kwh erreicht. Die mit Photovoltaik bedeckte Dachfläche von einem Einfamilienhaus reicht bei guter Ausrichtung aus, um den Strombedarf eines stromeffizienten Haushaltes mit Photovoltaik-Energie zu decken.

11 Vorteile Keine teuren Wechselrichtersysteme oder Hochspannungsregler Es wird ein aktives Versorgungsnetz für KNX damit möglich Keine Vorschaltgeräte für Led Licht und diverse 24V Geräte Bei Netzversorgerausfall ist ein Notstromsystem damit realisiert

12 Zusätzlicher Nutzen Die generierte Wärme kann in einem Warmwasser - Pufferspeicher (1500l 3000l) für Waschmaschine, Geschirrspüler usw. genutzt werden. Wegen der großen Batterieleistung kann ein vom Netzversorger galvanisch getrennter Wechselrichter für ein eigenes 230V Einphasenwechselstrom - Netz verwendet werden, welcher folgende Zusatzfunktionen generiert: Notstrom USV System Medien PC usw. Kostengünstige Versorgung Wohnraumlüftung Inselbetrieb mit kleiner Leistung möglich

13 Technische Daten - Gesamtkonzept Photovoltaik - Anlage: 6 bis 24 Paneele zu je 250 Watt, 41.5V Leerlauf, 33.6V Last, parallel geschaltet (Achtung, dies sind Herstellerangaben) durch Wirkungsgraderhöhung ca. 40% mehr Leistung (Jahresdurchschnitt) Abmessung je Paneel 1640x40x992mm Wärmepumpe: handelsübliche Wärmepumpe mit Wärmequelle Luft, Trägermedium R134, maximal 750 Watt elektrische Leistung notwendig

14 Technische Daten - Gesamtkonzept Kühlpaneel: Eigenentwicklung von 24 mal 1,626m², also 39,024m² Platzbedarf; Kühlfläche gesamt durch Kühlrippen über Luft 1:3, ergibt 117,072m² Expansionsventil: Eigenentwicklung von 6-24 mal Expansionsventil, 6 Paneele einsetzbar, parallel zu schließen, bis maximal 24 Paneele, Expansionsverhältnis 1:13 Realisiert ist ein funktionstüchtiges Modell, welches in einem Video vorgestellt wird.

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