System der maximalen Integration
Technologisch besonders ausgeklügelt ist das System der maximalen Integration. Sein Kernstück ist ein zentraler Schichtwärmespeicher, wie ihn die Solvis GmbH aus Braunschweig anbietet. Dieser wird unabhängig voneinander von Solarthermie und einer Wärmepumpe versorgt. Der Verflüssiger der Wärmepumpe befindet sich dabei direkt im Wärmespeicher und das Brauchwasser wird über einen externen Wärmeübertrager erwärmt.
Die Vorteile liegen auf der Hand: das System ist sehr kompakt, benötigt bis auf den Wärmespeicher relativ wenig Platz und erfordert nur ein einziges Steuerungselement. Bei Solvis kann die Wärmepumpe an mehrere Energiequellen, wie den Erdspeicher "e-Tank" (s. deematrix), angebunden werden. Der Schichtenlader ermöglicht dabei eine Einlagerung des Warmwassers stets im passenden Temperaturniveau des Schichtwärmespeichers. In einem Praxistest zur Effizienz verschiedener Wärmepumpen der Lokalen Agenda-Gruppe Lahr von 2006 bis 2013 erreichte die integrierte Wärmepumpe "SolvisMax" als einzige die höchste Jahresarbeitszahl von 5,8.
Erweitert man die Variante der separaten Einspeisung um die Einspeisung des Kollektors auf der Quellenseite der Wärmepumpe, erzielt man einerseits eine aktive Regeneration der Solewärmequelle. Andererseits kann mehr Sonnenwärme genutzt und somit die sommerliche Stagnation des Solarkollektors reduziert werden. Professor Frank Späte von der Ostbayerischen Technischen Hochschule (OTH) Amberg-Weiden berichtet aus Fachveranstaltungen: "Gerade in der Schweiz, wo Wärmepumpen häufig zum Einsatz kommen, ist die Regeneration des Erdreiches ein großes Thema. Viele Systeme erwärmen den Erdspeicher nicht höher als das Temperaturniveau des umgebenden Erdreiches". Dies reiche oft aus, um die Wärmepumpe auch in der Heizperiode wirtschaftlich zu betreiben und Jahresarbeitszahlen von 5 und höher zu erzielen.
Aktive Regeneration
Sowohl auf große Pufferspeicher als auch auf aktive Regeneration der Wärmequelle setzt Soltex – Solar-Wärmepumpen-Kopplungen aus Ahrensburg in Schleswig Holstein. Die Besonderheit ihrer Anlagen ist, dass die Solarkollektoren mittels eines selbst entwickelten Hydraulikverteilers mit Erdkollektor, Primärspeicher mit Wärmepumpe sowie Sekundärspeicher verbunden sind. Letzterer dient dazu, Überschusswärme aufzunehmen, um davon die Wärmepumpe zu versorgen.
Geschäftsführer Dr.-Ing. Henning Schmidt betont, dass man mit einem Minimum an Technik auskomme:
"Bei der Planung ist darauf zu achten, dass die Wärmepumpe die von den Kollektoren gelieferte Wärme auch abnehmen kann. Ein guter Kompromiss ist ein Verhältnis von 2 m² Kollektorfläche pro Kilowatt Nennheizleistung der Wärmepumpe". Der Erdkollektor könne so etwas kleiner ausgelegt werden. Außerdem wähle man einen steileren Anstellwinkel für die Kollektoren, um die Wintersonne besser auszunutzen. Der Erdkollektor sei so zu dimensionieren, dass sowohl die kurzfristig abverlangte Spitzenleistung als auch die erforderliche Wärmemenge für eine Heizsaison bereitsteht. Die Anbindung des Erdkollektors an die Solarthermie ermögliche eine wirkungsvolle Regeneration. "Trotz Solarthermiekopplung ist es wichtig, die Wärmepumpe auf der Wärmeseite mit möglichst niedriger Temperatur zu betreiben", so Schmidt.
Weitere Solar-Wärmepumpen-Systeme
Eine besonders günstige Variante eines Systems mit Solar-Wärmepumpen bieten unverglaste Absorber, wenn sie auf der Quellenseite der Wärmepumpe installiert sind und sie somit deren Vorlauftemperatur erhöhen und zugleich das Erdreich regenerieren. Hierdurch können die Erdsonden kleiner dimensioniert werden.
Beim Einsatz einer von einem Solarkollektor unterstützten Luft-Wärmepumpe versorgen die Kollektoren auch auf direktem Wege den Trinkwasserspeicher. Die Luft-Wärmepumpe ist dann mit dem Heizkreis und wiederum dem Trinkwasserspeicher verbunden. Bei der Luft-Wärmepumpe entfallen Erdsonden oder Erdkollektoren, weshalb sie deutlich preiswerter ist. Allerdings hat man eine geringere Arbeitszahl gegenüber anderen Wärmepumpen.
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