Wenn Sie an Solarmodule denken, denken Sie normalerweise an Solarphotovoltaik (PV): Module, die auf Ihrem Dach oder im Freien installiert werden und Sonnenlicht in Strom umwandeln. Allerdings können Solarmodule auch thermisch betrieben werden, das heißt, sie wandeln Sonnenlicht in Wärme statt in Elektrizität um. Thermodynamische Solarmodule sind eine Art thermischer Solarmodule – auch Kollektor genannt –, die sich erheblich von herkömmlichen Thermomodulen unterscheiden. Anstatt direktes Sonnenlicht zu benötigen, können thermodynamische Solarmodule auch Strom aus Luftwärme erzeugen.
Die zentralen Thesen
Thermodynamische Solarmodule können als Kollektor und Verdampfer in solarunterstützten Direktexpansions-Wärmepumpen (SAHPs) dienen.
Sie absorbieren Wärme sowohl aus dem Sonnenlicht als auch aus der Umgebungsluft und benötigen normalerweise kein direktes Sonnenlicht, obwohl sie in kälteren Klimazonen möglicherweise nicht so gut funktionieren
Weitere Tests sind erforderlich, um zu beurteilen, wie gut thermodynamische Solarmodule in kälteren Klimazonen funktionieren
Während thermodynamische Solarmodule in Europa am beliebtesten sind, kommen einige auch in den Vereinigten Staaten auf den Markt
Wie funktioniert eine solarunterstützte Wärmepumpe?
SAHPs nutzen thermische Energie von der Sonne und Wärmepumpen, um Wärme zu erzeugen. Obwohl Sie diese Systeme auf viele verschiedene Arten konfigurieren können, umfassen sie immer fünf Hauptkomponenten: Kollektoren, einen Verdampfer, einen Kompressor, ein thermisches Expansionsventil und einen Speicher-Wärmetauschertank.
Was sind thermodynamische Solarmodule? Wie arbeiten Sie?
Thermodynamische Solarmodule sind Komponenten einiger solarunterstützter Direktexpansions-Wärmepumpen (SAHPs), wo sie als Kollektor dienen und das kalte Kältemittel erwärmen. In Direktexpansions-SAHPs dienen sie auch als Verdampfer: Da das Kältemittel direkt durch ein thermodynamisches Solarpanel zirkuliert und Wärme absorbiert, verdampft es und verwandelt sich von einer Flüssigkeit in ein Gas. Das Gas strömt dann durch einen Kompressor, wo es unter Druck gesetzt wird, und schließlich zu einem Speicher-Wärmetauschertank, wo es Ihr Wasser erhitzt.
Im Gegensatz zu Photovoltaik oder herkömmlichen thermischen Solarmodulen müssen thermodynamische Solarmodule nicht im vollen Sonnenlicht platziert werden. Sie absorbieren die Wärme direkter Sonneneinstrahlung, können aber auch Wärme aus der Umgebungsluft entziehen. Obwohl thermodynamische Solarmodule technisch betrachtet als Solarmodule gelten, ähneln sie in mancher Hinsicht eher Luftwärmepumpen. Thermodynamische Solarmodule können auf Dächern oder Wänden montiert werden, in voller Sonne oder im völligen Schatten – die Einschränkung hier ist, dass sie, wenn Sie in einem kalten Klima leben, wahrscheinlich bei vollem Sonnenlicht am effizientesten funktionieren, da die Umgebungslufttemperatur möglicherweise nicht warm ist genug, um Ihren Heizbedarf zu decken.
Wie wäre es mit solarer Warmwasserbereitung?
Solarwarmwassersysteme nutzen herkömmliche Kollektoren, die entweder ein Kältemittel wie thermodynamische Solarmodule oder Wasser direkt erwärmen können. Diese Kollektoren benötigen volles Sonnenlicht und das Kältemittel oder Wasser kann sich entweder passiv über die Schwerkraft oder aktiv über eine Regelpumpe durch das System bewegen. SAHPs sind effizienter, weil sie über einen Kompressor verfügen, der die Wärme im gasförmigen Kältemittel unter Druck setzt und konzentriert, und weil sie über ein Wärmeaustauschventil verfügen, das die Geschwindigkeit reguliert, mit der das Kältemittel durch den Verdampfer fließt – bei dem es sich um ein thermodynamisches Solarpanel handeln kann –um die Energieausbeute zu maximieren.
Wie gut funktionieren thermodynamische Solarmodule?
Im Gegensatz zu solaren Warmwassersystemen handelt es sich bei thermodynamischen Solarmodulen noch um eine sich entwickelnde Technologie, die noch nicht so gut erprobt ist. Im Jahr 2014 führte ein unabhängiges Labor, Narec Distributed Energy, Tests in Blyth, Großbritannien, durch, um die Effizienz thermodynamischer Solarmodule zu bestimmen. Blyth hat ein ziemlich gemäßigtes Klima mit starken Niederschlägen und die Tests wurden von Januar bis Juli durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigten, dass der Leistungskoeffizient (COP) des thermodynamischen SAHP-Systems 2,2 betrug (unter Berücksichtigung der vom Wärmetauschertank verlorenen Wärme). Wärmepumpen gelten typischerweise als hocheffizient, wenn sie COPs über 3,0 erreichen. Obwohl diese Studie im Jahr 2014 zeigte, dass thermodynamische Solarmodule in gemäßigten Klimazonen nicht besonders effizient waren, können sie in wärmeren Klimazonen effizienter arbeiten. Da die Technologie außerdem immer weiter voranschreitet, benötigen thermodynamische Solarmodule wahrscheinlich eine neue unabhängige Teststudie.
So bewerten Sie die Effizienz solarunterstützter Wärmepumpen
Bevor Sie sich für ein SAHP entscheiden, sollten Sie den Leistungskoeffizienten (COP) verschiedener Systeme vergleichen. Der COP ist ein Maß für die Effizienz der Wärmepumpe und basiert auf dem Verhältnis der erzeugten Nutzwärme zum Energieeinsatz. Höhere COPs bedeuten effizientere SAHPs und niedrigere Betriebskosten. Während der höchste COP, den eine Wärmepumpe erreichen kann, bei 4,5 liegt, gelten Wärmepumpen mit COPs über 3,0 als hocheffizient.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. Juli 2022