IEA SHC SOLARUPDATE Vol. 74, Dezember 2021

Schwerpunkte dieser Ausgabe:

Die zukünftige Rolle von Solarwärme in der Publikation „Net Zero 2050: A Roadmap for the Global Energy" der Internationalen Energieagentur

Die Publikation stellt einen Paradigmenwechsel innerhalb der IEA dar. Der Exekutivdirektor der IEA unterstrich bei der Vorstellung Roadmap, dass keine Notwendigkeit mehr bestehe, in Öl, Gas und Kohle zu investieren und betonte bei der Pressekonferenz drei Aufgaben:

• Die bestmögliche Nutzung von sauberen Energietechnologien (Solar, Wind, Elektromobilität, Lösungen zu Energieeffizienz und – in manchen Ländern – Nuklearenergie)
• Ermutigung zu Innovationen in Bezug auf neue Produkte wie neue Batterietechnologien oder Wasserstofftechnologien, zur Markteinführung nach 2030 – inklusive Lösungen für die Industrie, Fernverkehr und Luftfahrt – um die Emissionen weiter zu senken
• Substantielle Reduktion des Verbrauchs von fossilen Energieträgern

In Bezug auf Solarwärme (bzw. solare Kälte) listet die IEA in der Roadmap einige Meilensteine für den Gebäudesektor sowie die Industrie oder solare Fernwärme auf, wie z. B. die Bereitstellung von 35% des Warmwassers 2050 durch Solarthermie (von weniger als 10% 2020), die Bereitstellung von Wärme im niedrigen und mittleren Temperaturbereich für die Industrie (11% des industriellen Wärmebedarfs mit Temperaturen unter 200 °C im Jahr 2050, ausgehend von 3% 2030) oder der zunehmenden Bedeutung von Solarthermie für neue Fernwärmegebiete in mittelgroßen Städten, in denen Klimabedingungen und Flächenverfügbarkeit günstig sind.

Nähere Informationen

Neue SHC Projekte

IEA SHC Task 68 Effiziente Solare Fernwärme

Solare Fernwärme hat bereits eine lange Geschichte im IEA Solar Heating and Cooling Programme und reicht von Task 7 (Zentrale Solare Wärmesysteme mit saisonalem Speicher) über Task 45 (Große solare Wärme- und Kältesysteme, Saisonale Wärmespeicher, Wärmepumpen) bis zu Task 55 (Integration von großen solaren Wärme- und Kältesystemen in Fernwärmenetze).

Im aktuellen Task 68 werden drei Arten von Effizienz untersucht:

• effiziente Wärmeerzeugung in solaren Systemen und solaren Systemen in Kombination mit anderen Technologien
• effiziente Datenbereitstellung und Nutzung in Hinsicht auf Digitalisierungsmaßnahmen
• effiziente Kostenreduktion in solaren Fernwärmenetzen

Intelligente solare Wärmeerzeugung 2030

China und Australien leiten diesen Task gemeinsam zur Untersuchung von führenden solaren Warmwassererzeugungstechnologien (Thermosyphonsysteme und Photovoltaik).

Wesentliche Ziele sind die Untersuchung von Herausforderungen und Möglichkeiten von Thermosyphonsystemen und Photovoltaik für die Warmwasserbereitung sowie der beschleunigte Austausch von Best-Practice-Beispielen durch internationalen Wissensaustausch. Es soll sichergestellt werden, dass solare Warmwassererzeugung intelligenter, verlässlicher und leistbarer für Konsumenten wird. Außerdem soll die Industrie, die Stagnation erlebt hat, wiederbelebt werden. Letztendlich sollen die CO2-Ziele bis 2030 erreicht werden.

CO2-arme, integrierte Beleuchtung mit hohem Komfort

Für Task 61 ist ein Nachfolgetask in der Task-Vorbereitungsphase. CO2-arme Lösungen, Benutzerbedürfnisse, Digitalisierung und internationale Umsetzungen sind die Themen, die in dem Task bearbeitet werden sollen.

Ergebnisse von Task 61 und Task 63

Integrierte Lösungen für Tageslicht und elektrische Beleuchtung (Joint Collaboration SHCTask 61/EBC Annex 77)

In Zusammenarbeit mit dem EBC Annex 77 untersuchte der Task besonders die Schnittstellen zwischen Tageslicht und elektrischer Beleuchtung durch verbessertes Verständnis der menschlichen Bedürfnisse in Hinblick auf Beleuchtungserfordernisse. Dabei ist die Regelung eine Schlüsseltechnologie, um integrierte Beleuchtungslösungen zu implementieren. 12 Software -Tools in drei Gebäuden in Österreich, Deutschland und China verglichen. Neue Design-Prozesse sowie Simulations-Tools für die Planung integrierter Lichtlösungen wurden von 55 Experten aus 17 Ländern untersucht und diskutiert. Ein Fokus lag auch auf der Simulation von Fassaden.

Nun liegt eine Zusammenfassung des Status der Charakterisierung von Tageslicht und Verschattungssystemen durch bidirektionale Streuungsverteilungsfunktionen (bidirectional scattering distribution functions BSDF) vor. Diese wurde in einem White Paper integriert, das auch dazu dienen soll, die Standardisierung in diesem Bereich zu verbessern. Ein Round-Robin-Test in sechs Laboratorien zeigte eine hohe Zuverlässigkeit der Datenbewertung und -verarbeitung, sodass auch komplexe Fenstersysteme mit hoher Zuverlässigkeit praktisch geplant werden können.

Neue Datenmodelle wurden verwendet, um den Himmel zu simulieren, die über bisherige monochromatische Simulationsmodelle hinausgehen. In Task 61 wurden spektrale Himmelsmessungen und existierende Modelle in einem vereinfachten Modell zusammengeführt. Der Task-Report „Spectral Sky Models for Advanced Daylight Solutions" fass die existierenden Farbmodelle zusammen und diskutiert ihre Verwendung in drei verschiedenen Simulationsmodellen.

Außerdem wurde ein integriertes Energiebewertungsmodell mit einer stundenbasierten Bewertungsmethode für den Energiebedarf von integrierten Lichtlösungen entwickelt, das eng mit der Gebäudeautomation und dem Regelungssystem verknüpft ist. Die Methode wird in ISO Standard 10916 „Calculation of the impact of daylight utilization on the net and final energy demand for lighting" integriert. Außerdem werden Anfang 2022 Schlüsselfunktionalitäten in der etablierten Freeware Beleuchtungssoftware DIALux Evo integriert.

In 25 Feldstudien wurde untersucht, was funktioniert und was nicht, denn die Praxis schlägt die Theorie. Untersucht wurden Büro-, Sport-, Gesundheits- und Wohngebäude aus 12 Ländern in Hinblick auf Energieverbrauch, visuelle Effekte (Beleuchtungsumgebung/Photometrie), nicht-visuelle Effekte (tagesrhythmisches Potential) und Nutzer:innen (subjektiv/Umfragen und Beobachtungen).

Wesentliche Erkenntnisse waren folgende:

• Der Energiebedarf für Beleuchtung kann durch effizientere Lichtquellen, verbesserte Regelung und erhöhtes Bewusstsein der Integration von Tageslicht und elektrischer Beleuchtung auf 3-4 kWh/m²a gesenkt werden.
• Integrierte Beleuchtung fördert die Entwicklung von innovativen Beleuchtungstechnologien.
• Aufgrund geringen Wissens und fehlender Tools wird integrierte Beleuchtung bisher kaum in der Praxis angewendet.
• Integrierte Beleuchtung kann zu Rebound-Effekten in Hinblick auf den Energiebedarf führen, wenn Tageslicht, obwohl vorhanden, nicht ausreichend berücksichtigt wird.
• Tageslichtintegration ist äußerst wichtig, nicht nur zur Energieersparnis, sondern auch für die Zufriedenheit der Benutzer:innen.
• Integriertes Design sieht sich neuen Herausforderungen gegenüber: Die Planungen sollten sich eher an den Bedürfnissen der Nutzer:innen als dem physikalischen Raum orientieren.

Solare Nachbarschaften (SHC Task 63: „Solar Neighbourhood Planning")

Solare Nachbarschaften sind Teil des Puzzles zur Erreichung von „Net-Zero Energy Districts" und „Low-Carbon Cities". Eine Besonderheit des Task war die Einrichtung einer „Herbstschule" für PhD und fortgeschrittene Masterstudenten, um ihr Wissen von Simulation und Analyse von Distrikten zu erhöhen. Das Ziel war, das Design und die Implementierung von solaren Strategien in städtischen Gebieten zu fördern. Die Studenten arbeiteten von 30. September bis 21. Oktober 2021 zum Thema „Simulation Tools" zusammen.

Für die Simulation von Städten müssen verschiedene Ebenen berücksichtigt werden: Die Gebäudeebene (mit Gebäudehülle, Haustechniksystemen etc.), die Gebäudetypen und ihr Design, die Umgebung (Freiflächen, Materialien, Straßen etc.). Verschiedene Tools werden simultan für die Simulationen verwendet und aufgrund der Komplexität ist hohe Expertise für das Verständnis und die Nutzung der Tools notwendig. Die Vortragenden fokussierten auf Tools zur Beurteilung von Schlüsselindikatoren: Solares Potenzial der Gebäude und Distrikte, Output der Solartechnologien wie z.B. Photovoltaik, Tageslichtfaktoren und Energiebilanzen. Die Tools umfassten Rhino, Grasshopper, GIS und MATLAB. An einem Tag konnten sie das Gelernte in Präsentationen zeigen.

IEA SHC Task 63 soll eine Basis dafür sein, Lehrmaterialen oder einen Intensivkurs für Architekten/Architektinnen und Planer:innen zu kreieren.

Analyse und Vergleich von unterschiedlichen Simulationstools zur Bewertung des Ertrags von solarer Prozesswärme

Im Rahmen des IEA SHC Task 64/Solar Paces Task IV: Solar Process Heat wurden unter der Leitung von José Cardemil neun verschiedene Simulationstools verglichen: Tools von Projektentwicklern, Tools, die im Rahmen von EU-Projekten entwickelt wurden und Tools von kommerziellen Anbietern. Vier verschiedene solare Prozesswärmeanlagen wurden als Fallstudien für die Bewertung des Ertrags herangezogen. Gründe für unterschiedliche Ergebnisse und Unsicherheiten sind folgende:

• Unterschiede in der Berücksichtigung des Regelungsschemas
• Unterschiede in der Modellierung des Wärmetauschers
• Die Positionierung des Systems (besonders kritisch für konzentrierende Kollektoren)
• Die Modellierung der internen Flüsse
• Die Berücksichtigung von thermischen Kapazitäten

Die Modellierung des Speichers stellte sich als eine der signifikantesten Größen in Hinsicht auf den Ertrag heraus.

Das Team wird einen standardisierten Weg für Ertragssimulationen definieren und Guidelines zur Methode herausgeben, um das Risiko für Investoren zu verringern.

Weitere Themen

• Task 59: Renovierung von historischen Gebäuden zu Zero-Energy-Buildings, Interview mit Alexandra Troi, Operating Agent von Task 59
• Länderporträt Schweiz
• Solar Academy: Trainingsworkshop zu solarem Kühlen im südlichen Afrika

IEA SHC SOLARUPDATE Vol. 74, Dezember 2021