Ausgangslage

• Nicht überall lassen sich Luftwärmepumpen installieren oder Erdsonden bohren. Solarwärmepumpen bieten eine gute Alternative.
• Mit einer Solarwärmepumpe können auch tiefe Kollektortemperaturen (bis -6°C) genutzt werden und bei Sonnenstrahlung erhöht sich die Effizienz der WP.
• Eine Solarwärmepumpe arbeitet im Herbst und Frühjahr besser als eine Erdwärmepumpe und im Winter besser als eine Luftwärmepumpe. Im Idealfall kann sie daher eine höhere Jahresarbeitszahl erreichen.
• In der Schweiz sollen bis zu 1'200'000 Wärmepumpen installiert werden, 2024 waren es 470'000 mit einer durchschnittlichen JAZ von 3.4. Wenn diese auf über 5 gesteigert werden kann, ergibt das eine Stromeinsparung von >2 TWh/a. Und dies vor allem im Winter.

Projektbeschrieb

In einem 1995 erbauten Einfamilienhaus in Elgg wurde 2019 der Öl-Solar Heizkessel durch eine Solarwärmepumpe mit Solarabsorbern und Sonnenkollektoren als Wärmequellen ersetzt. 5 Speicher mit je 1 m³ Inhalt dienen der Wärmepufferung: 1 für Brauchwarmwasser, 2 als Heizungsspeicher und 2 als Verdampferspeicher für den Vorlauf der Wärmepumpe. Die unverglasten Solarabsorber (8 m²) an der Südfassade steuern im Winterhalbjahr den grössten Anteil an Wärme bei und funktionieren bei fehlender Sonnenstrahlung als Wärmetauscher. Die Wärmepumpe nutzt Temperaturen bis -6°C. Die bereits vorhandenen verglasten Sonnenkollektoren auf dem Dach (9 m²), sind im System integriert. Das Pilotprojekt untersucht den Einsatz von Solarkollektoren als Wärmequelle für eine Wärmepumpe (solar enhanced heat pump). Im Fokus stehen drei Fragen: Wie hoch ist der Ertrag der Solarkollektoren? Wie viel Speicherkapazität braucht es, um Nebel-Kälte-Perioden – Eistage unter 0 °C ohne Sonnenschein – zu überbrücken? Und lässt sich damit eine gute Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe erreichen?

Projektziele

• Erhebung der Erträge von verglasten Sonnenkollektoren und unverglasten Solarabsorbern bei Nutzung mit einer Wärmepumpe.
• Untersuchen, welche Jahresarbeitszahlen mit einer Solarwärmepumpe erreicht werden können.
• Den Speicherbedarf für Kälteperioden ermitteln.

Erkenntnisse

Die installierte Solarwärmepumpe konnte den Wärmebedarf des Einfamilienhauses grösstenteils abdecken und erreichte eine Jahresarbeitszahl von >5. Die unverglasten Solarabsorber an der Südfassade der Liegenschaft steuerten im Winter dank konvektiver Wärmegewinnung den grössten Teil der Quellenenergie der Wärmepumpe bei. Als kritisch erwiesen sich mehrere Tage andauernde Nebel-Kälte-Perioden mit Eistagen und ohne Sonnenschein. Auch die Speicherbewirtschaftung erwies sich als nicht trivial.

Ausblick

Während der bisherigen 7 Betriebsjahre wurden verschiedene Steuerungsvarianten getestet und optimiert. Dies soll weiterhin geschehen. 2026 werden die verglasten Sonnenkollektoren auf dem Dach rückgebaut und durch PV ersetzt. In einem weiteren Schritt soll eine Aluminium-Brennstoffzelle als zusätzliche Strom- und Wärmequelle in das System eingebaut werden, um Kälteperioden zu überbrücken.

Projektpartner

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