Leistungszahl und Kollektorwirkungsgrad
COP-VERLAUF
Die Leistungszahl der Wärmepumpe ergibt sich aus der Differenz zwischen Quellen- und Nutzungstemperatur. Je geringer diese Differenz, desto höher ist die Leistungszahl. Der Solarkollektor wird nun auch dazu verwendet, die Quellentemperatur vor dem Eintritt in die Wärmepumpe zu erhöhen; es sinkt die Temperaturdifferenz und die Leistungszahl steigt an!
Der COP (coefficient of performance = Leistungszahl) beschreibt das Verhältnis von Nutzenergie zu Energieeinsatz. Beträgt z. B. die Quellentemperatur 15 °C, ergibt sich bei einer Nutztemperatur von 35 °C eine zugehörige Leistungszahl von 8. Pro kWh investierte Antriebsenergie werden 8 kWh Wärme gewonnen.
KOLLEKTORWIRKUNGSGRAD
Der Wirkungsgrad des Solarkollektors ist abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen Nutzungstemperatur (Heizung / Brauchwasser) und der Umgebungstemperatur des Kollektors (Außentemperatur).
Je kleiner diese Differenz ist, desto größer ist der Wirkungsgrad des Kollektors. Das nachfolgende Diagramm zeigt diesen Zusammenhang:
In den Wintermonaten ist die Temperaturdifferenz zwischen Kollektorumgebung (Außenluft) und Nutzung (Brauchwasser) häufig so hoch, dass selbst bei guter Strahlungsleistung nur ein sehr geringer Anteil direkt nutzbar wird.
Durch den Compiler lässt sich der Solarkollektor nun auch dann nutzen, wenn er aufgrund der Strahlungsverhältnisse nicht das Temperaturniveau von Heizung oder Brauchwasser erreicht. In diesem Fall wird er auf die Quellenseite der Wärmepumpe geschaltet. Die Eintrittstemperatur in den Kollektor sinkt und dessen Wirkungsgrad steigt deutlich an. Die Quellentemperatur wird erhöht, womit auch die Leistungszahl der Wärmepumpe steigt.
Der Compiler bietet ganzjährig eine zusätzliche solare Speicherkapazität; durch geringere Stillstandszeiten verbessert sich der Jahres-Nutzungsgrad des Kollektors.
Dem Beispiel liegt eine gleich bleibende solare Strahlungsleistung von 600 Watt/m² (grüne Linie) zu Grunde. Liegt die Temperaturdifferenz zwischen Kollektorumgebung (Außenluft) und Nutzung (Brauchwasser) bei ca. 80 Kelvin (-5 °C außen, 60 °C Brauchwasser, 15K Tauscher), beläuft sich der Wirkungsgrad des Kollektors auf etwa 40 % (Pfeil grau). Aus der eingestrahlten Leistung von 600 Watt/m² können dem Brauchwasser also nur 240 Watt zugeführt werden. Beträgt die Differenz zwischen Nutztemperatur und Kollektorumgebung rd. 40 Kelvin, steigt der Kollektorwirkungsgrad auf über 65 % (Pfeil orange).
technische Grundlagen
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