Der Beitrag von PV-Anlagen zur Energie- und Leistungsbilanz einer Nullenergiehaussiedlung in Südnorwegen – Einfluss des Lastprofils und Optmierungsmöglichkeiten.

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1 Der Beitrag von PV-Anlagen zur Energie- und Leistungsbilanz einer Nullenergiehaussiedlung in Südnorwegen – Einfluss des Lastprofils und Optmierungsmöglichkeiten Hans Georg Beyer* , Anne-Gerd Imenes#, Pascal Hategekimana# *Fróðskaparsetur Føroya, Tórshavn, Färöer # Universitetet i Agder, Grimstad, Norwegen In Außenbezirk Skarpnes der Stadt Arendal an der norwegischen Skagerrak-Küste (58̊N) wurde 2015 eine Mustersiedlung mit17 Einfamilienhäusern erstellt, in der die Nutzung von Häuser mit “Energiebilanz annähernd Null“ , “nearly zero energy buildings“ (nZEB) - zur Definition siehe z.B. [1] - demonstriert werden soll. Dazu wurden 5 der Häuser mit Erd-(Fels-) gekoppelten Elektro-wärmepumpen und PV-Anlagen (Nennleistung von 7.36 kW) ausgerüstet. Ein Batteriespeicher ist nicht vorgesehen. Die auf den Schrägdächern installierten Anlagen sind dabei nach 48º West oder 51º Ost ausgerichtet. Anhand des Betriebs dieser Anlagen wird der Beitrag der PV-Einspeisung zur Leistungs- und Energiebilanz der Einzelhäuser und der Gesamtsiedlung untersucht. Abb.3+4 geben Erzeugungs- und Verbrauchsmuster in monatlicher und stündlicher Auflösung. Die hier gegebene saisonale Gegenläufigkeit ist offensichtlich. Trotz dieser schlechten Ausgangslage ist die Untersuchung von Detailverbesserungen lohnend. Abb. 3:Monatssummen des PV-Ertrags (production) und des Verbrauchs (consumption) der 5 untersuchten Einfamilienhäuser (Messdaten). Die Skalierungen der Achsen für Ertrag und Verbrauch sind hier unterschiedlich. Abb. 1: Die Siedlung Skarpnes (links) in Arenda (Südnorwegen). Die 5 blau markierten Häuser sind mit 7.36 PV-Anlagen ausgestattet. Leistung [kW] — Einspeisung — Bezug — Bezug-Einspeisung Abb. 4: Stündlich aufgelöste Darstellung des Austausches mit dem Netz. Gegeben ist die Summe des Leistungsim- und Exports für die 5 im Detail untersuchten Häuser – blau: Einspeisung, rot: Bezug, grün: Bezug – Einspeisung [2]. Abb. 2; Südwest Ansicht eines der Häuser. Bedarfsdeckungsgrad und PV Nutzungs-anteil (siehe z.B. [3]]) fallen entsprechend ungünstig aus. Das Verbrauchsprofil wird dabei durch den Betrieb der Wärme-pumpen dominiert (siehe z.B. Abb.5) der aktuell nach dem momentanen – nur gering gepufferten – Wärmebedarf folgt. EIne Verbesserung dieser Bilanz sollte – bei Abwesenheit eines Batteriespeichers - durch Verlagerung des Bedarfs über Wärmespeicherung möglich sein. Nutzungsanteil Bedarfdeckungs-grad Dez¨. 0,99 0,04 April 0.64 0.44 Mai 0.47 0.56 Leistung [W] Tab.1: : Beispiele für Werte des monatlichen Nutzungsanteils und Bedarfsdeckungsgrads (zur Definition sihesiehe [3]) eines der untersuchten Häuser. Abb. 5: Minütlich ausgelöste Leistungsgänge. PV-Erzeugung (blau),. Leistungsaufnahmen Wärmepumpe (orange), sonstigen Lasten Haushalt (grün) für einen Tag im April [2]). Für eine entsprechende simulatorische Untersuchung wird davon ausgegangen, dass ein thermischer Speicher zur Deckung eines Tagesbedarfs genutzt werden kann. Für die Steuerung wird von einer perfekten Vorhersage des täglichen Wärmebedarfs und damit des Energiebedarfs für den Wärme-pumpenbetrieb ausgegangen. Diese Vorhersage soll für den Planungstag vorliegen. Die Wärmepumpe wird bei hinreichenden PV-Leistungsüberschuss mit fester Leistung betrieben, bis der Tagesbedarf gedeckt ist. Abb. 6 zeigt beispielhaft die Veränderung des Betriebs durch den Einsatz dieser Steuerung. Für diesen Tag im Mai reduziert sich der Energieexport um 20%. Ebenso wird der Netzbezug für den Wärmepumpenbetrieb reduziert. Dies bestätigt mögliche Betriebs-verbesserungen durch vermehrten Einsatz von Wärme-(Produkt-)speichern Literatur [1] The Buildings Performance Institute Europe (BPIE), Nearly Zero Energy Buildings Definitions Across Europe. Factsheet April 2015, Brussels, Belgium, (accessed ). [2] Imenes, A.G., Performance of Zero Energy Homes in Smart Village Skarpnes, IEE EPVSC43, Washington, DC, (2017) [3] Van Roy et.al.,Thermal and Electrical Cover Factors: Definition and Application for Net-Zero Energy Buildings, CLIMA 2013, Prag, Tschechien, (2013) Abb. 6 : Verlauf des Austausches mit dem Netz (Export: positiv, Import: negativ) entsprechend der Messdaten (1, rot) und entsprechend der Simulation unter Annahme einer prognostischen Steuerung des Wärmepumpenbetriebs zur Verringerung des Ex- (und Imports). Daten: 2. Mai 2016