Was ein PVT-Wärmepumpensystem macht

Ein PVT-Wärmepumpensystem nutzt dieselbe Solarpanel-Fläche, um Strom zu erzeugen und Niedertemperaturwärme für eine Wärmepumpe oder einen Warmwasserkreislauf zu sammeln.Ein herkömmliches PV-Modul wandelt einen Teil des Sonnenlichts in Strom um und gibt den Rest als Wärme ab. Ein PVT-Panel fügt einen Wärmetauscher oder Luftkanal hinter der PV-Schicht hinzu, sodass ein Teil dieser Wärme zu nutzbarer Energie wird.

Die Betriebslogik ist einfach:

Sonnenlicht -> PV-Strom + Niedertemperaturwärme
Niedertemperaturwärme -> Wärmepumpenquelle oder WW-Vorwärmung
Wärmepumpe -> Wasser mit höherer Temperatur für Raumheizung oder Warmwasser

Dies ist wichtig, weil eine Wärmepumpe Wärme nicht auf die gleiche Weise erzeugt wie ein elektrischer Widerstandsheizer. Sie überträgt Wärme von einer Quelle zu einer Senke, und ihr Wirkungsgrad wird durch die COP (Leistungszahl) gemessen, das Verhältnis zwischen nutzbarer Wärmeabgabe und elektrischer Eingangsleistung.¹Eine wärmere Quellentemperatur verringert normalerweise den Temperaturhub und hilft der Wärmepumpe, effizienter zu arbeiten.

PVT-Module sind daher nicht nur „Solarmodule mit Rohren“. Sie sind eine Möglichkeit, Solarstrom, zurückgewonnene Solarwärme und Wärmepumpenbetrieb in einem Gebäudeenergiesystem zu verbinden.

Wie PVT die Leistung einer Wärmepumpe verbessert

PVT verbessert eine Wärmepumpe, wenn der Wärmekreislauf der Wärmepumpe eine wärmere oder stabilere Quelle bietet als die Umgebungsluft allein.Dies ist am wertvollsten an kalten Morgen, in der Übergangszeit und an sonnigen Wintertagen, wenn die Wärmepumpe stark arbeitet, die PVT-Oberfläche jedoch noch Strahlung aufnehmen kann.

Die entscheidende Beziehung der Wärmepumpe ist:

In der praktischen Auslegung ist PVT-Wärme am nützlichsten bei10–45 °C. Dieser Bereich ist nicht heiß genug, um jede Kesselanwendung zu ersetzen, aber er ist sehr nützlich für:

• Unterstützung der Wärmepumpen-Quellenseite;

• Vorwärmung von Brauchwarmwasser vor dem letzten Erhitzer;

• Niedertemperatur-Raumheizung;

• Schwimmbadheizung;

• Lüftungs- oder Frischluftvorwärmung mit luftbasierten PVT;

• Prozessvorwärmung, bei der warmes Wasser oder warme Luft akzeptiert wird.

Das US-Energieministerium stellt fest, dass solare Warmwasserbereitung in jedem Klima eingesetzt werden kann, wenn der Systemtyp richtig ausgewählt wird, und dass Wärmepumpen-Warmwasserbereiter Wärme übertragen, anstatt sie direkt zu erzeugen.²Das PVT- und Wärmepumpen-Design kombiniert diese beiden Ideen: Solare Wärme wird bei einer nutzbaren niedrigen Temperatur eingefangen, dann erhöht die Wärmepumpe sie, wenn eine höhere Wassertemperatur erforderlich ist.

Systemtypen

Die beste PVT-Wärmepumpen-Architektur hängt davon ab, ob das Projekt Wasser/Glykol, Luft, direkte Vorwärmung oder einen Quellenseitenkreislauf verwendet.Wählen Sie nicht zuerst das Panel. Wählen Sie zuerst den Wärmenutzungspfad.

Soletks verfügt über bestehende PVT- und Hybrid-Solarproduktfamilien für den Projektvergleich, einschließlichPV-T-Solarmodul-Lösungen,PVT-T Hybrid-Solarsysteme… und der…APVT-590 luftbasiertes PVT-Modul. Bei Wärmepumpenprojekten sollte die Produktauswahl nach Bestätigung des Wärmeträgers, der Zieltemperatur, des Durchflusses und der verfügbaren Dachfläche getroffen werden.

PVT vs. PV + Wärmepumpe vs. Solarthermie + Wärmepumpe

PVT ist nicht immer besser als PV und auch nicht immer besser als Solarthermie. Es punktet, wenn die Dachproduktivität wichtig ist und sowohl Strom als auch Niedertemperaturwärme einen Wert haben.

Der häufige Fehler besteht darin, PVT nur anhand der Stromkosten mit PV zu vergleichen. Das lässt PVT teuer erscheinen, da die thermische Leistung ignoriert wird. Der zweite Fehler besteht darin, PVT nur anhand der Wärmeleistung mit Solarthermie zu vergleichen. Das ignoriert die elektrische Leistung. Für dachbegrenzte Projekte mit nachgewiesenem Wärmebedarf ist der faire Vergleich:nutzbare jährliche Energie pro Quadratmeter DachflächeUndwie viel dieser Energie das Gebäude tatsächlich nutzen kann.

Normen und anzufordernde Dokumente

Ein PVT-Wärmepumpenvorschlag sollte die PV-Konformität, die Prüfung von Wärmekollektoren, die Prüfung von Wärmepumpen und die Installationssicherheit trennen.Fragen Sie den Lieferanten oder Systementwickler, welche Dokumente für das genaue Produkt und den Markt gelten.

Diese Normen belegen nicht, dass ein bestimmtes Projekt Energie spart. Sie machen die Leistungsangaben überprüfbar, sodass der Käufer Angebote auf derselben Grundlage vergleichen kann.

Auslegungslogik

Die Auslegung der PVT-Wärmepumpe beginnt mit dem Wärmebedarf, nicht mit der Anzahl der Paneele.Eine gute vorläufige Berechnung umfasst fünf Schritte:

1. Schätzen Sie den täglichen Wärmebedarf.

2. Legen Sie den Solaranteil oder das Ziel der Wärmepumpenunterstützung fest.

3. Definieren Sie den nutzbaren PVT-Temperaturbereich: Verwenden Sie 10–45 °C für die Quellen-/Vorwärmprüfung und fügen Sie eine Reserve für 55–60 °C Trinkwarmwasser hinzu.

4. Passen Sie die PVT-Fläche an die nutzbare thermische Leistung und die Dachfläche an.

5. Dimensionieren Sie Speicher, Durchflussrate, Druckverlust und Steuerungsstrategie vor dem endgültigen Angebot.

Kernformeln

Verwenden Sie diese ersten Formeln vor der Simulation:

Tägliche Warmwasser-Energie (kWh/Tag)
= Wasservolumen (L/Tag) x Temperaturerhöhung (°C) x 0,001163

Erforderliche nutzbare Solar-/PVT-Wärme (kWh/Tag)
= täglicher Wärmebedarf x angestrebter Solarbeitrag

Ungefähre PVT-Thermikfläche (m²)
= erforderliche nutzbare PVT-Wärme / nutzbarer täglicher thermischer Ertrag pro m²

Stromeinsatz der Wärmepumpe (kWh)
= gelieferte Wärme (kWh) / COP

Für die frühe Planung verwenden Sie konservative nutzbare thermische Ertragswerte:

Quellenhinweis für die Screening-Werte:Verwenden Sie diese Bereiche nur für die RFQ-Vorauswahl und ersetzen Sie sie dann vor dem Kauf durch lokale Einstrahlungsdaten, ISO 9806 oder gleichwertige Kollektorprüfdaten, gemessene Wärmepumpen-Leistungskurven, Speicherverluste und Betriebspläne.

Arbeitsbeispiel

Ein 40-Zimmer-Wohngebäude mit einem Warmwasserbedarf von 3.000 L/Tag kann PVT als Vorwärm- und Wärmepumpenunterstützungsschicht nutzen, benötigt jedoch weiterhin Speicher und Backup.

Annahmen:

Berechnung:

Formel:
Täglicher Wärmebedarf = Wasservolumen x Temperaturerhöhung x 0,001163

Einsetzung:
3.000 L/Tag x 40 °C x 0,001163 = 139,6 kWh/Tag

Angestrebter nutzbarer PVT-Beitrag:
139,6 kWh/Tag x 35 % = 48,9 kWh/Tag

Ungefähre PVT-Fläche:
48,9 kWh/Tag / 2,2 kWh/m²/Tag = 22,2 m²

Empfehlung:
Beginnen Sie das Konzept mit etwa 22–25 m² PVT-Thermikfläche und überprüfen Sie es dann
mit Klimadaten, Speichervolumen, Wärmepumpenkurven und Dachlayout.

Strom bei COP 3,2 = 139,6 / 3,2 = 43,6 kWh/Tag
Strom bei COP 3,8 = 139,6 / 3,8 = 36,7 kWh/Tag
Screening-Einsparung = 6,9 kWh/Tag während des unterstützten Betriebs

Dieses Beispiel zeigt die korrekte Erwartung des Käufers: PVT macht die Wärmepumpe nicht überflüssig. Es reduziert die Arbeitslast, liefert Vorwärmeenergie, produziert Strom aus derselben Fläche und verbessert die saisonale Energiebilanz des Systems, wenn die Wärmesenke während oder nach der Solarproduktion verfügbar ist.

In den Vordiskussionen von Soletk zur Planung ist dieses Szenario eines Apartments mit 3.000 L/Tag der Fall, bei dem das Ingenieurteam zuerst die Dachfläche und das Speichervolumen prüft, bevor es eine PVT-Anlage empfiehlt. Eine gemessene Eingabe wie der3.000 L/Tag Warmwasserbedarf ist nützlicher als eine allgemeine Anfrage nach „einem solaren Wärmepumpensystem“, da sie eine echte Energiebilanz ermöglicht.

Steuerungsstrategie

Das Steuerungssystem entscheidet, ob PVT-Wärme zu nutzbarer Energie oder zu Abwärme wird.Ein PVT-Wärmepumpensystem benötigt eine klare Regelung, wann Flüssigkeit oder Luft zirkuliert werden soll, wann der Speicher geladen werden soll und wann die Wärmepumpe umgangen werden soll.

Empfohlene Steuerungslogik:

Die elektrische PV-Seite sollte den Standardpraktiken für PV-Strings, Wechselrichter, Gleichstromschutz, Erdung und Überwachung folgen. Die thermische Seite sollte wie ein echtes Hydronik- oder Luftsystem behandelt werden, mit Durchflussausgleich, Isolierung, Kondensationskontrolle, Serviceventilen, Sensoren und Frostschutz, wo es die Auslegungs-Umgebungstemperatur erfordert.

Planungs-Checkliste

Ein PVT-Wärmepumpenprojekt sollte vor der Angebotserstellung diese Prüfungen bestehen.

Häufige Fehlermodi

Die meisten Probleme mit PVT-Wärmepumpen resultieren aus nicht abgestimmter Nachfrage, schlechter thermischer Auslegung oder unrealistischen Temperaturerwartungen.

1. Keine nutzbare Wärmesenke.Wenn das Gebäude keine Niedertemperaturwärme nutzen kann, wird die thermische Seite zu einer Kostenbelastung.

2. Überdimensioniertes Array mit zu kleinem Speicher.Das System überhitzt im Sommer und trägt im Winter kaum bei.

3. Wärmepumpenanschluss nicht genehmigt.Einige Wärmepumpen sind nicht für einen individuellen PVT-Quellenkreislauf ausgelegt.

4. Erwartung an hohe Trinkwarmwassertemperaturen.PVT ist stark für Vorwärmung und Quellenunterstützung, nicht für eine eigenständige 65 °C-Versorgung in jedem Klima.

5. Luftstrom oder Durchfluss ignoriert.Niedriger Durchfluss erhöht die Temperatur, kann aber die nutzbare Wärmeübertragung verringern; übermäßiger Durchfluss erhöht die Pumpen- oder Ventilatorenergie.

6. Kein Frost- oder Stagnationsplan.Außenliegende Solarkreisläufe benötigen Schutz sowohl für Winter- als auch Sommerextreme.

Beschaffungs- und RFQ-Eingaben.

Eine ernsthafte RFQ sollte dem Lieferanten genügend Daten liefern, um zu beurteilen, ob PVT die richtige Lösung ist.Senden Sie diese Eingaben an Soletks, bevor Sie einen endgültigen Preis anfragen:

• Projektstandort und nächstgelegene Stadt;

• Gebäudetyp und Betriebsplan;

• verfügbare Dachfläche, Neigung, Azimut, Verschattung und Dachmaterial;

• Wärmepumpenmarke, Modell, Leistung, Kältemitteltyp und zulässiger Quellentemperaturbereich;

• tägliches Warmwasservolumen in Litern;

• Kaltwassereinlasstemperatur und Zielwarmwassertemperatur;

• Raumheizungstyp: Fußbodenheizung, Gebläsekonvektor, Heizkörper, Schwimmbad oder Prozesswärme;

• vorhandenes oder geplantes Speichertankvolumen;

• bevorzugter PVT-Typ: wasser/glykol- oder luftbasiert;

• elektrische Anschlussanforderungen, Wechselrichterplan und Überwachungsanforderungen;

• Frostschutzanforderung und niedrigste Auslegungsumgebungstemperatur;

• Zieldokumente: Datenblatt, Zeichnung, Schaltplan, Hydraulikplan, Packliste, Garantie und Prüfnachweise.

Soletks kann prüfen, ob eine PV-T-Solarplatte Lösung, PVT-T-Hybrid-Solarsystem,APVT-590 luftbasiertes PVT-Modul, oder ein konventioneller Solarthermie-Kollektor ist die bessere Wahl. Wenn das Projekt noch konzeptionell ist, senden Sie zuerst die Wärmelast und die Dachfläche; die Produktwahl kann später erfolgen.

Für technische Unterstützung senden Sie Ihre Projektdaten über die Soletks-Kontaktseite und fordern Sie eine PVT-Wärmepumpen-Machbarkeitsprüfung an. Eine hilfreiche erste Nachricht enthält Standort, Dachfläche, Wärmepumpenmodell, tägliches Warmwasservolumen und Zielvorlauftemperatur.

Käufer-Entscheidungsmatrix

Wählen Sie PVT mit Wärmepumpe nur, wenn der Wert der dualen Ausgabe klar ist.

FAQ

Quellen