Doppelpack mit viel Nutzen

25.02.2015 | Veröffentlicht in Ausgabe 03-2015

Hybridmodule — Ein Magdeburger Unternehmen bietet ein Komplettsystem, mit dem der Gebäudeeigentümer autark heizen und kühlen kann. Eine Pilotanlage in Hannover läuft bereits. Sven Ullrich

Der Name lässt zwar anderes vermuten, aber in der Südstadt scheint auch nicht mehr Sonne als in den anderen Stadtteilen von Hannover. Trotzdem haben sich die Bewohner eines Mehrgenerationenhauses für ein Projekt entschieden, das sie von der Sonne zumindest mittelbar abhängig macht, aber dafür vom Energieversorger abkoppelt, zumindest was die Heizung und Kühlung betrifft. Denn im Haus ist eine ausgeklügelte Anlage installiert, die zu jeder Jahreszeit für komfortable Temperaturen im gesamten Gebäude sorgt.

Stolz steht René Vogler im Keller und erklärt die umfangreiche Wärmezentrale. Er ist Vertriebsleiter von Valvo Eco Hightech Solutions, einer Arbeitsgemeinschaft aus Ingenieuren, Planern und Technikern aus der Solar- und Baubranche. Der Magdeburger hat zusammen mit seinen Kollegen das gesamte System inklusive der Steuerung und eines Teils der Komponenten konzipiert. Gemeinsam mit den Planern von Quattro Solar Plus aus Hannover hat er die Anlage ausgelegt.

Schon von Weitem sind die 85 Solarmodule auf dem Dach zu sehen. Sie kommen von Alfasolar, einem Hersteller in Hannover, der die Krise in der Solarbranche gerade so überlebt hat. Doch der eigentliche Clou steckt unter dem Modul. Es sind zwei zusammengepresste Aluminiumplatten. Eine Platte ist plan und die zweite von kleinen Röhren durchzogen. Es ist ein solarthermischer Absorber, den Valvo in Eigenregie unter die Module der Hannoveraner klebt.

Garantie bleibt erhalten

Die Magdeburger tun dies mit der Erlaubnis von Alfasolar. „So erhalten wir die Garantie, die Alfasolar auf seine Module gibt“, begründet Vogler die Wahl des Hannoveraner Herstellers. „Andere Modulhersteller sind da nicht so großzügig. Wenn wir unter deren Module unseren Absorber kleben, ist das eine technische Veränderung, und damit geht uns die Garantie für das Modul verloren.“ Der Absorber ist etwas kleiner als das darüberliegende Modul. So bleibt die Anschlussdose frei und kann durch die natürliche Konvektion der Umgebungsluft gekühlt werden.

Der Absorber unter dem Solarmodul hat gleich zwei Funktionen. Die zentrale Aufgabe ist es, Wärme zu erzeugen, wie das jeder solarthermische Kollektor tut. Er nutzt aber nicht die direkte Sonneneinstrahlung, sondern die Abwärme der Solarzellen. Denn diese erhitzen sich, wenn sie Strom produzieren, und über die obere Aluminiumplatte wird die Wärme an ein Sole-Wasser-Gemisch abgegeben, das durch die feinen Kanäle des Absorbers fließt. „Wir können so bei bis zu minus fünf Grad Celsius genügend Wärme erzeugen, um die 800 Quadratmeter Wohnfläche im Gebäude zu heizen“, erklärt Vogler. Denn es ist durchweg mindestens zehn Grad Celsius wärmer als die Umgebungstemperatur.

Solarzellen klimatisieren

Die zweite Aufgabe des Absorbers ist die Kühlung der Solarzellen. „Dadurch bringen sie zwischen zehn und 20 Prozent mehr Leistung, weil die temperaturinduzierte Degradation verringert wird“, erklärt Vogler. Das Problem ist, der Effekt kehrt sich ins Gegenteil um, wenn der thermische Teil in Stagnation gerät. Wenn keine Wärme im Gebäude mehr angefordert wird, kann auch aus dem Absorber keine Wärme mehr abtransportiert werden. Der Wärmeträger heizt sich und damit auch die Solarzellen auf. Heikel wird es vor allem deshalb, weil die Magdeburger das Backsheet des Moduls nicht entfernen, bevor sie ihren Absorber aufbringen. Da dieses Backsheet wiederum als elektrischer Isolator zwischen thermischem und photovoltaischem Teil fungiert, darf es eine gewisse Temperatur nicht überschreiten.

Eis im Verdichter

Für die kontinuierliche Wärmeabnahme sorgt das eigentliche Herzstück der Anlage: das Energieverteilsystem (EVS). Sie steht im Keller, regelt das gesamte Wärmemanagement und sorgt dafür, dass die Temperatur im Absorber 60 Grad Celsius nicht überschreitet. Fehlt die Wärmeabnahme im Sommer, leitet das EVS die überschüssige Energie in einen Eisspeicher.

Der neun Kubikmeter große Tank ist neben dem Gebäude vergraben und mit einem Wasser-Glykol-Gemisch gefüllt. Über den Regenerationswärmetauscher speichern die Hybridkollektoren ihre erzeugte Wärme ein. Wenn die Heizperiode beginnt, reicht die Wärme aus den Kollektoren auf dem Dach nicht mehr aus, um die Räume zu heizen. Dann schaltet die EVS auf die im Keller installierte Sole-Wasser-Wärmepumpe von Smart Heat um.

Der Verdichter des Herstellers im mecklenburgischen Güstrow liefert je nach Anforderung zwischen acht und 48 Kilowatt Wärmeleistung. Die immer noch vom Dach kommende Wärme heizt die Vorlauftemperatur für die Wärmepumpe auf, die wiederum Wasser mit einer Temperatur von 60 Grad Celsius in den Heiz- und Warmwasserkreislauf schickt. Wenn gar keine Wärme mehr vom Dach kommt, bezieht der Verdichter der Wärmepumpe seine Energie über einen Entzugswärmetauscher aus dem Eisspeicher. Dessen Funktionsweise basiert darauf, dass beim Gefrieren des Wärmeträgers im Speicher latente Wärme frei wird. Erst wenn der komplette Speicher durchgefroren ist, liefert er keine Energie mehr für die Wärmepumpe.

Strom für die Winternächte

Doch dann sind die extrem kalten Tage vorbei, und die Kollektoren vom Dach liefern wieder genügend Wärme für die Heizung. So stehen nach der Heizperiode neun Kubikmeter Eis zur Verfügung, die wieder Wärme aus den Kollektoren auf dem Dach aufnehmen können, wenn diese im Gebäude nicht mehr gebraucht wird.

Der Strom für die Wärmepumpe kommt ebenfalls vom Dach des Hauses in der niedersächsischen Landeshauptstadt, nämlich vom photovoltaischen Teil der Hybridkollektoren. Da die Produktion von Strom und das Leistungsprofil der Wärmepumpe saisonal nicht zusammenpassen, wird im Sommer der Strom in einem Stromspeicher im Keller gebunkert. Er steht dann für den Betrieb in langen Winternächten bereit.

Es wäre aber zu einfach, wenn das System damit enden würde. Um den Stromspeicher im Keller möglichst klein zu halten, hat Vogler die Anlage so konzipiert, dass die Solarzellen auch im Winter möglichst viel Strom liefern. Dazu schaltet die EVS den Kollektorkreislauf in den Rückwärtsgang. Es strömt Wärme in die Absorber und wärmt damit das über ihm liegende Modul auf. So schmilzt der Schnee, der sich auf dem Modulglas angesammelt hat, vollständig und schnell ab. Die Zellen können wieder ihr Maximum an Strom liefern, ohne dass sie lange vor sich hinheizen müssen, um überhaupt Strom zu produzieren. Denn dann ist im Winter die Sonne oft schon wieder untergegangen.

Kälte aus der Umgebung

Die Wärmepumpe ruht aber auch im Sommer nicht. Denn sie kann im Umkehrbetrieb auch die Räume kühlen. „Auch mit den Kollektoren auf dem Dach können wir Kälte produzieren“, erläutert Vogler. „Wir würden dann die Wärme, die wir tagsüber sammeln, in der Nacht wieder in den Kollektor schicken. Dieser gibt die Energie wieder an die Umwelt ab, und durch den Heizungskreislauf läuft dann kaltes Wasser. Es reicht, wenn dieses Temperaturen zwischen zehn und zwölf Grad Celsius hat. Damit können wir aber die Deckenkühlsysteme optimal betreiben.“

Die Anlage in Hannover ist bisher noch das erste Referenzprojekt. Ein weiteres entsteht gerade in Berlin, und in der Nähe von Magdeburg stattet Valvo zurzeit ebenfalls zwei Häuser mit der Anlage aus. Das System stößt in Deutschland aber noch auf Zurückhaltung. „Die Nachfrage geht hierzulande gegen null“, sagt Vogler. Der Großteil der Kunden kommt aus dem Nahen Osten und aus Afrika. „Dort sind die Systeme wegen der Kühlung sehr gefragt“, weiß Vogler. „Die Hauseigentümer bezahlen viel Geld, um mit Strom ihre Gebäude zu kühlen. Sie sehen, dass sie das mit unserer Anlage viel billiger haben können.“

Betriebskosten fallen weg

In Deutschland sind es vor allem die hohen Investitionskosten, die die Kunden abschrecken. Immerhin etwa 40.000 Euro kostet die Anlage mit allem Drum und Dran. „Das ist zwar viel Geld. Aber wir müssen das mit den Kosten für ein konventionelles Heizsystem gegenrechnen. Da kostet allein der Gasanschluss 6.800 Euro. Dazu kommen noch die Komponenten und die Installation. Am Ende liegt ein konventionelles Heizsystem bei 20.000 Euro. Dann hat der Kunde aber noch die Betriebskosten“, rechnet Vogler vor.

Der Magdeburger hat es ausgerechnet: Die Anlage amortisiert sich in großen Gebäuden wie Schulen, Mehrfamilienhäusern oder Gewerbebetrieben innerhalb von sechs Jahren. Für den Einfamilienhausbesitzer rechnet sich das System allerdings bisher noch nicht.

http://www.valvo-deutschland.de

Bundesverband Wärmepumpe

Heizungen werden vergleichbar

Die Uhr tickt. Ab dem 26. September dieses Jahres werden Heizungsanlagen vergleichbar. So schreibt es die novellierte Ökodesign-Richtlinie der Europäischen Union vor. Dann müssen Wärmeerzeuger und Speicher bestimmte Mindestanforderungen an die Effizienz erfüllen und die Hersteller diese entsprechend kennzeichnen. Wie es die Kunden von Großgeräten wie Kühlschränken oder Waschmaschinen kennen, wird eine Effizienzampel eingeführt. Dieses Energielabel wird die Wärmepumpen als Effizienzriesen ausweisen. Denn allein die Wärmepumpe wird als einziges monovalentes Heizsystem die höchste Effizienzklasse erreichen. Selbst moderne Brennwertkessel erreichen dies nur, wenn eine zusätzliche Solarthermieanlage mithilft.

Konkret orientieren sich die Effizienzklassen am Wirkungsgrad der Anlagen. Dieser schießt dann bei den Wärmepumpen und Systemlösungen mit Solarthermie über 100 Prozent. Gute Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen erreichen Wirkungsgrade bis zu 98 Prozent und Brennwertgeräte nur bis zu 93 Prozent. Was zunächst unlogisch erscheint, ist aber den Rechenkünsten der Brüsseler Beamten geschuldet. Denn zum eigentlichen Wirkungsgrad der Geräte werden Effizienzverbesserungen durch abgestimmte Regelungstechnik addiert. Außerdem wird der Betrieb von Wärmepumpen mit einer Photovoltaikanlage durch eine entsprechende Aufwertung der Effizienz belohnt. Auf diese Weise gibt es nur über den Einsatz erneuerbarer Energien die höchste Effizienzeinstufung.

Weil das Effizienzlabel hauptsächlich als Orientierungshilfe für den Kunden dient, müssen nur Geräte mit einer Leistung bis 70 Kilowatt und Speicher mit einem Volumen bis 500 Litern gekennzeichnet werden. Die EU begründet die Einführung damit, dass sich die Effizienzlabel bei Kühlschränken und Waschmaschinen bewährt haben. Zunächst werden für die monovalenten Heizungsanlagen nur die Effizienzklassen A++ als beste bis G als schlechteste eingeführt. Monovalente Heizungen können erst ab 2019 die Effizienzklasse A+++ erreichen. Dafür fallen dann die Klassen E bis G weg. Für bivalente Systeme führt die EU gleich die Effizienzklasse A+++ ein.

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