Thermische Energiespeicherung
Es wird ein Warmwasserspeicher mit optimierter Dämmung, Einschichtung sowie einer Heizpatrone entwickelt und aufgebaut. Der Wärmeeintrag in den Pufferspeicher erfolgt durch die
Solaranlage, KWK-Einheit und das Zusatzheizgerät bzw. die Heizpatrone (Heizstab). In Abhängigkeit von der Wärmequelle werden hohe Nutzungsgrade bei unterschiedlichen Temperaturniveaus
erzielt. Dies wird durch den Eintrag über Schichtlanzen bewerkstelligt werden, um die erforderlichen Temperaturbereiche in getrennten Zonen des Speichers zur Verfügung zu stellen. Das
Heizungssystem (Heizung und Trinkwarmwasser) wird mit dem Ziel simuliert, die optimale Betriebsweise und –strategie unter Berücksichtigung der meteorologischen Randbedingungen zu
ermitteln. Des Weiteren wird die Ergänzung des Heizungssystems um ein Wärmepumpensystem, als Alternative zur ineffizienteren Heizpatrone, evaluiert. Die elektrische Antriebsenergie kann
dabei vom KWK-System als auch von der Photovoltaikanlage zur Verfügung gestellt werden. Prinzipiell werden zwei Szenarien zur thermischen Energiespeicherung untersucht. Zum einen wird die
Kombination aus KWK, Solarthermie und Pufferspeicher, zum anderen aus KWK, PV und Pufferspeicher näher betrachtet. In erstem Szenario erfolgt der Haupteintrag in den Wärmespeicher durch
die Solarthermie, im anderen durch das KWK und indirekt durch PV-Strom über den Heizstab. Als Alternativszenario wird für beide Varianten der Einsatz einer Wärmepumpe untersucht. Für die
Optimierung der Heizungsregelung wird ein dynamisches Simulationsmodell in TRNSYS/ MatLab Simulink entwickelt, das neben der Solarstrahlungsprognose auch die zeitabhängigen Lastverläufe
für Wärme und Strom, sowie die Behaglichkeit im Gebäude berücksichtigt. Ziel soll ein möglichst zeitnaher Verbrauch der regenerativ bereitgestellten Energieformen sein, durch Klima und
Nutzer verursachte Überschüsse werden sinnvoll verwertet.
Betriebsführungskonzepte, Geschäfts- und Betreibermodelle
Die anfangs begonnenen grundlegenden Arbeiten zur Evaluation wirtschaftlich tragfähiger Betriebsführungskonzepte werden während der gesamten weiteren Projektlaufzeit fortgeführt und
laufend angepasst und optimiert. Ziel dabei ist die Evaluation und Entwicklung geeigneter Geschäfts- und Betreibermodelle, um die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems zu gewährleisten.
Die langjährige Erfahrung der Industriepartner zur Identifikation, Bewertung und Entwicklung innovativer Konzepte und Strategien wird hierbei genutzt. Auch sind Konzepte für Service- oder
Wartungs- Arbeiten, die bei installiertem System über die Jahre laufende Kosten darstellen, Teil dieses Arbeitspaketes.
Testaufbau im Labor
Um die Auslegung des Gesamtsystems zu evaluieren, wird zunächst ein Laborsystem in einer Testumgebung aufgebaut. Dafür können alle erforderlichen Erzeuger- und Verbraucherlastenprofile
nachgestellt werden. Anhand der erarbeiteten Rahmenszenarien und Modellierungen können so erste Tests erfolgen, um einschätzen zu können, ich welche Richtung optimiert werden muss. Da
keine mehrjährige Laufzeit im Labor möglich ist, werden mit Hilfe von Zeitraffertests eine hohe Anzahl von Messszenarien abgedeckt. Eine reproduzierbare Evaluierung ist somit gegeben. Das
Gesamtsystem besteht aus den Kernkomponenten Wärmespeicher, Batteriespeicher mit Leistungselektronik, Brennstoffzellen-KWK-System, Zusatzheizgerät und der Steuereinheit. Während der
Evaluation erfolgt ein umfangreiches Monitoring. Gleichzeitig werden in diesem Schritt Marktrelevanz und realistische Randbedingungen untersucht.