Photovoltaik und Wärme

Einfache Sonnenkollektoren sind viel billiger als eine Photovoltaik und haben einen Wirkungsgrad von bis zu 80%.



Die weltbeste serienproduzierte Photovoltaik hingegen bringt es auf nur 17%. Daher scheint es auf den ersten Blick unsinnig, Wärme aus der Stromproduktion der Photovoltaik zu gewinnen.

Bis jetzt sind alle mir bekannten Architekten über diesen ersten Blick nicht hinaus gekommen. Dabei ist in kritischen Situationen die Photovoltaik dem Sonnenkollektor weit überlegen. Wenn es warm ist und die Sonne scheint, kann auch ein schwarzer Gartenschlauch Warmwasser erzeugen.

Im Kapitel über Sonnenkollektoren wurde aber schon deutlich, dass bei schwierigen Verhältnissen nur aufwendige Konstruktionen genügend Wärme bringen. Doch alle Sonnenkollektoren - egal wie gut sie sind - haben zwei gemeinsame Eigenschaften:
  1. Der Wirkungsgrad sinkt mit der Temperatur.
  2. Der Wirkungsgrad sinkt mit der Einstrahlung.
Je dringender die Wärme benötigt wird, desto schlechter ist die Ausbeute eines Sonnenkollektors. Gerade diese Eigenschaft erweckt den Wunsch nach teuren Speichervorrichtungen.

Die Photovoltaik hingegen hat genau die umgekehrten Eigenschaften. Mit zunehmender Kälte funktioniert sie immer besser. Eine Wärmepumpe kann den Wirkungsgrad der Photovoltaik verdreifachen. Dieses 1:3 Verhältnis wird bei Kleinanlagen von 15 Grad auf 50 Grad leicht erreicht.

Selbst wenn bei starker Bewölkung und dichtem Nebel überhaupt nichts mehr geht, die Wärmepumpe kann dann immer noch günstig mit Strom von woanders Wärme produzieren.


  Wärmerückgewinnung aus Abluft


Die beste Wärmeisolierung hat keinen Sinn, wenn die Wärme mit der Abluft das Haus verlässt.

Lüftungswärmeverlust - Transmissionswärmeverlust Lüftungswärmeverlust - Transmissionswärmeverlust
Für den Einsatz im GEMINI Haus muss daher ein solches Gerät konstruiert werden: Platz ist in der Dachkonstruktion reichlich vorhanden.


Gegenstromwärmetauscher Gegenstromwärmetauscher
Das Gegenstromprinzip: Von einer Wand getrennt tauschen die gegenläufig fließenden Luftströme Wärmeenergie aus.


Transmissionswärmeverlust Transmissionswärmeverlust
Bei schlechter Isolierung bringt die Wärmerückgewinnung aus Abluft kaum Vorteile. Erst bei ordentlichen Isolierwerten im Bereich von k=0.1 wird sie zum entscheidenden Faktor.


Vakuumröhrenkollektor gegen Wärmepumpe Vakuumröhrenkollektor gegen Wärmepumpe
Vakuumröhrenkollektor.Der Testsieger aus dem Kapitel ''Sonnenkollektoren'', Photovoltaik mit 17% bei 25 Grad und eine Wärmepumpe, die einem 15 Grad warmen Medium Wärme entzieht.


Photovoltaik diesig oder leicht bewölkt Photovoltaik diesig oder leicht bewölkt
Vakuumröhrenkollektor.Der Testsieger aus dem Kapitel ''Sonnenkollektoren'', Photovoltaik mit 17% bei 25 Grad und eine Wärmepumpe, die einem 15 Grad warmen Medium Wärme entzieht.


Photovoltaik bei starker Bewölkung Photovoltaik bei starker Bewölkung
Vakuumröhrenkollektor.Der Testsieger aus dem Kapitel ''Sonnenkollektoren'', Photovoltaik mit 17% bei 25 Grad und eine Wärmepumpe, die einem 15 Grad warmen Medium Wärme entzieht.


Die Wärmepumpe
Ein Sonnenkollektor erzeugt nur Wärme. Die Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaik kann hingegen Wärme und Kälte erzeugen


Leistungszahl der Wärmepumpe Leistungszahl der Wärmepumpe
Mit steigender Temperatur des zugeführten Wärmemediums steigt die Leistungszahl der Wärmepumpe. Die Leistungszahl ist das Verhältnis zwischen eingesetztem Strom und erzeugter Wärme.


Mosaik der Wärmegewinnung
Wie Mosaiksteinchen wurden in den letzten Kapiteln einzelne Komponenten zur Wärmegewinnung vorgestellt und teilweise wieder verworfen.


Kühldecke statt Fußbodenheizung
Geschlossene Kühldecken haben einen Wärmeübergang von 9...14 W/m²K. Dies mit etwa 60% für die Strahlung und 40% für Konvektion. Damit sind Kühllasten von 60...80 W/m² möglich.


Bei düsterem Wetter
Trotz all der überragenden Eigenschaften gegenüber konventionellen Konstruktionen, bei Kälte und dichter Bewölkung oder starkem Nebel kommt zuwenig Wärmestrahlung durch die Fenster herein.


Geben und Nehmen
Bei einem nicht verwertbaren Wärmeüberschuss im Haus wird Wärme an den Untergrund abgegeben.


Bodenbeschaffenheit
Es gibt eine Menge verschiedener Böden. Durchschnittliche Temperatur, Wärmeleitfähigkeit, Grundwasserhöhe, Fliessgeschwindigkeit des Grundwassers sind die Faktoren.


Strategie beim Wärmehaushalt
Ein Zuviel an Wärme im Innenraum wird über die Kühldecke an den Untergrund abgegeben.


Konventionelles Haus: bewohnt und unbewohnt Konventionelles Haus: bewohnt und unbewohnt
Konventionelles Haus bewohnt: Der Temperaturregler ist nur auf eine Untergrenze eingestellt. Sinkt die Temperatur darunter, dann wird geheizt.


Sonnenenergie ist genügend da Sonnenenergie ist genügend da
GEMINI Haus bewohnt: Der Regler ist auf eine Ober- und Untergrenze gestellt. Konstruktionsbedingt könnte ohne Regelung das Haus sogar an sonnigen Wintertagen viel zu heiß werden.


Bordcomputer
All diese komplizierten Regelungsaufgaben werden mit Sicherheit nicht von einem Menschen übernommen.


Mehr Dynamik erfordert mehr Steuerung
Ein konventionelles Haus hat bei seinem Temperaturverhalten keine dramatische Dynamik. Mal ist es ein bisschen wärmer als draußen, mal ist es ein bisschen kälter als draußen.


Baumaterial
Das Baumaterial hat grundsätzlich 4 Aufgaben: Statik, Wärmedämmung, Schalldämmung und Wärmespeicherung.


Wärmespeicherung und Wärmedämmung Wärmespeicherung und Wärmedämmung
Wärmespeicherung und Isolation sind gegensätzliche Eigenschaften. Nur Pulverschnee hat beide Eigenschaften in ausgezeichneter Größe.


Ziel k=0.1
Mit 1, 2 oder 3 verschiedenen Materialien soll das Ziel einer Wärmedämmung von k=0.1 erreicht werden.


Statik: der billige Spezialist heißt Stahl
Bei den meisten Häusern übernehmen die Außenwände sämtliche statische Aufgaben. Bei GEMINI hingegen wird ein Innenskelett aus Stahl verwendet.


Materialwahl: Logik statt Mystik
Dies sind klare und logische Entscheidungen. Doch man kann es nicht allen Menschen recht machen.


Taupunkt: Mystik atmender Wände enthüllt
Es gibt eine Menge über Wasserdampf zu wissen. Hier das Wesentliche: Warme Luft nimmt mehr Wasserdampf auf als kalte. 100% relative Luftfeuchtigkeit bedeutet,


Thermische Trägheit
Hier ist keine unerwünschte menschliche Eigenschaft gemeint, sondern die erwünschte Eigenschaft eines Gebäudes, seine Temperatur nur langsam zu ändern.


Speichervermögen Speichervermögen
Ein sehr kalter Dezembertag. Die Sonneneinstrahlung entspricht etwa dem Monatsdurchschnitt im Bereich von Österreich in einer ungünstigen Lage.


Haushaltsgeräte: Strom für ein Elektroauto
Auch die modernsten Heute verfügbaren Haushaltsgeräte nützen nicht alle Möglichkeiten zum Energiesparen.


Warmwasserbereitung
Wenn aber der Kühlschrank und die Warmwasserbereitung koordiniert arbeiten, dann kann der Kühlschrank seine Wärme an das Leitungswasser abgeben.


Innenarchitektur
Ein zylinderförmiges Haus erfordert eine komplett andere Innenarchitektur als die üblichen Vierecke. Als erschwerend kommt die Konzentration der Fenster auf der Sonnenseite hinzu.


Tür + Möbelmodule
Wie schon geschrieben war, jedes Modul ist an einem Steher des Innenskeletts wie eine Tür schwenkbar gelagert.


Grundriss Erdgeschoss Grundriss Erdgeschoss
Legende zu dem Grundriss:
Teil 1
Teil 2. Grundriss GEMINI bewohntes Sonnenkraftwerk.


Grundriss erster Stock Grundriss erster Stock
Legende zu dem Grundriss:
Teil 1
Teil 2


Balkon und Veranda: Insektensicher
Balkon und Veranda sind Dinge die den Wohnkomfort erhöhen: Im Freien sitzen, Wind und Sonne spüren, aber trotzdem nahe der eigenen Behausung sein.


Fassade: 146 m² Lifestyle
Bei konventionellen Häusern wird die Fassade durch zahlreiche Türen und Fenster gestaltet. Doch bei GEMINI gibt es nur eine Tür, eine riesige Fensterfläche, und sonst nur Fassade.




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