Bachelorarbeit Jann Weinand

 

Optimierung und ökonomischer Vergleich von Solarthermie- und Photovoltaik-Systemkonfigurationen mittels linearer Optimierung

Kostenvergleich zwischen einer Photovoltaik- Wärmepumpen- Konfiguration mit einem Heizsystem mit Gas-Brennwertkessel Urheberrecht: EBC Kostenvergleich zwischen einer Photovoltaik- Wärmepumpen- Konfiguration mit einem Heizsystem mit Gas-Brennwertkessel

Solarthermie- Konfigurationen werden überwiegend als dachmontierte Anlagen in Kombination mit Heizkesseln zur Erzeugung von Trinkwarmwasser und Raumwärme eingesetzt. In Konkurrenz zu diesen Systemen werden stetig günstiger werdende Photovoltaik- Aufdachanlagen zusammen mit elektrischen Wärmepumpen auf dem Markt angeboten. In dieser Arbeit werden Solarthermie- Konfigurationen und Photovoltaik- Konfigurationen in einem Einfamilienhaus am Standort München hinsichtlich ihrer Gesamtkosten in einem Zeitraum von 20 Jahren verglichen. Dazu werden die Komponenten der beiden Systeme variiert und die optimalen Komponenten mithilfe einer linearen Optimierung herausgearbeitet.

Dabei setzen sich die preiswerteren Komponenten gegen die technisch effizienteren Komponenten durch. Die effizienteren Komponenten senken zwar die verbrauchsgebundenen Kosten, die jedes Jahr für den Bezug von elektrischer Energie und Wärmeenergie anfallen, jedoch ergeben sich aufgrund der höheren Investitionskosten keine Vorteile. Bei der Solarthermie- Konfiguration werden der unabgedeckte Kollektor und ein $500$ l großer thermischer Speicher als optimale Komponenten herausgearbeitet. Die Photovoltaik- Konfiguration erreicht minimale Gesamtkosten bei einer Konfiguration mit günstigen Photovoltaikmodulen, einer Erd- Wärmepumpe mit Flächenkollektoren und $500$ l- Speicher. Als Speicher für elektrische Energie sollten Akkumulatoren mit geringer nutzbarer Kapazität gewählt werden, da hier das Verhältnis aus Investitionskosten und technischer Effizienz am besten ist. Konfigurationen, bei denen ein Heizstab den Heizkessel oder die Wärmepumpe ersetzt, lohnen sich trotz geringerer Investitionskosten für den Heizstab nicht. Das liegt an den hohen verbrauchsgebundenen Kosten, die der Heizstab durch einen hohen Bedarf an elektrischer Energie verursacht.

Bei den Simulationsberechnungen ergeben sich signifikante Vorteile für Photovoltaik- Konfigurationen mit Wärmepumpe hinsichtlich der Kosten für Haushaltsstrom und Wärme sowie den Gesamtkosten.