Im Projekt CombiVolt wurde der Nutzen intelligenter Wärmepumpen-Steuerungen für den Photovoltaik-Eigenverbrauch und für die Netzstabilität mit Gesamtsystem-Labortests und Simulationen analysiert. Es wurde eine Testprozedur entwickelt, mit der Systeme in einem 6 Tage Testzyklus im Labor geprüft werden können. Die ermittelten Systemkennzahlen sind direkt repräsentativ für den Betrieb des Systems im Feld über ein Jahr. Die im Projekt getesteten Systeme von vier verschiedenen Herstellern mit Steuerungen zur Eigenverbrauchssteigerung erreichten Eigenverbrauchsquoten von 42-58 %, Autarkiegrade von 35-57 % und Netzaufwandszahlen von 20-37 %.

Mit Simulationen wurde der Einfluss verschiedener Randbedingungen wie Klimadaten, Gebäudestandard und –grösse oder Haushaltsstromprofil analysiert und unterschiedliche thermische und elektrochemische Speicheroptionen verglichen. Es wurde gezeigt, dass für die Bereitstellung von Warmwasser und Raumwärme über eine Wärmepumpe Batteriekapazität durch thermische Speicherung ersetzt werden kann.

Netzeinspeise- und Netzbezugsspitzen werden mit Steuerungen zur Eigenverbrauchssteigerung nicht oder nur geringfügig gesenkt. Hierfür spielen Stromtarife eine wichtige Rolle, mit denen die Netzbetreiber ein netzdienliches Verhalten der Endkunden anreizen können. Es wurden sowohl heute übliche als auch zukünftig mögliche Tarifmodelle analysiert. Eine beispielsweise auf einen Leistungstarif angepasste Steuerung kann sowohl Netzeinspeise- als auch Netzbezugsspitzen wirkungsvoll reduzieren.

Aus wirtschaftlicher Sicht lohnt es sich, bereits im Gebäude vorhandene Speicher wie einen Warmwasserspeicher oder die thermische Gebäudemasse zur Eigenverbrauchssteigerung einzusetzen. Eine Investition in einen zusätzlichen oder grösseren thermischen Speicher lohnt sich bei den aktuellen Investitionskosten und Stromtarifen ebenso wenig wie die Installation eines Batteriespeichers. Aus ökologischer Sicht sind thermische Speicher gegenüber Batterien zu bevorzugen.

Résumé

Dans le projet CombiVolt, les avantages des systèmes intelligents de commande de pompes à chaleur pour l'autoconsommation photovoltaïque et la stabilité du réseau ont été analysés à l'aide de tests en laboratoire et de simulations. Une procédure de test a été mise au point pour éprouver les systèmes au cours d'un cycle de test de 6 jours en laboratoire. Les chiffres clés déterminés sont directement représentatifs de de l'utilisation du système dans la pratique sur un an. Les quatre systèmes testés dans le projet, provenant de quatre fabricants différents et contrôlés pour augmenter leur autoconsommation, ont atteint des taux d'autoconsommation de 42 à 58 %, des degrés d'autosuffisance de 35 à 57 % et des dépenses du réseau de 20 à 37 %.

Des simulations ont été utilisées pour analyser l'influence de différentes conditions limites telles que les données climatiques, les standards et la taille des bâtiments ou le profil électrique des ménages et pour comparer différentes options de stockage thermique et électrochimique. Il a été démontré que pour l'eau chaude et le chauffage des locaux, capacité de batterie peut être remplacée par stockage thermique.

Les pointes d'alimentation et de consommation du réseau ne sont pas ou seulement légèrement réduites grâce à des contrôles visant à augmenter l'autoconsommation. Les tarifs d'électricité jouent ici un rôle important, permettant aux gestionnaires de réseau d'encourager les clients finaux à se comporter d'une manière qui soit bénéfique pour le réseau. A cette fin, les modèles tarifaires actuels et futurs ont été analysés. Un système de commande adapté à un tarif de puissance, par exemple, peut réduire efficacement à la fois les pointes d'injection et les pointes de consommation sur le réseau électrique.

D'un point de vue économique, il vaut la peine d'utiliser les réservoirs de stockage existants dans le bâtiment, tels qu'un ballon d'eau chaude ou la masse thermique du bâtiment, pour augmenter l'autoconsommation du bâtiment. Compte tenu des coûts d'investissement et des tarifs d'électricité actuels, il ne vaut pas la peine d'investir dans un stockage thermique supplémentaire ou plus grand ou d'installer un stockage électrochimique. Pour des raisons écologiques, le stockage thermique est préférable aux batteries.

Summary

In the project CombiVolt, the benefits of smart heat pump control for photovoltaic self-consumption and for grid stability were analyzed with whole system laboratory tests and simulations. A test procedure was developed to test systems in a 6-day test cycle in the laboratory. The determined key performance indicators are directly representative for the operation of the system in the field over one year. Systems from four different manufacturers with controls to increase their self-consumption were tested in the project and achieved self-consumption ratios of 42-58 %, degrees of self-sufficiency of 35-57 % and grid purchase ratios of 20-37 %.

Simulations were used to analyze the influence of different boundary conditions such as climate data, building standard and size, or household electricity profile and to compare different thermal and electrochemical storage options. It was shown that for hot water and space heating by a heat pump, battery capacity can be replaced by thermal storage.

Grid feed-in and consumption peaks are not or only slightly reduced with controls to increase self-consumption. Electricity tariffs play an important role here, enabling grid operators to encourage end cus-tomers to behave in a way that is beneficial to the grid. To this end, current and future tariff models were analyzed. A control system adapted to a power tariff, for example, can effectively reduce both grid feed-in peaks and grid consumption peaks.

From an economic point of view, it is worthwhile to use existing storages in the building, such as a hot water storage tank or the thermal mass of the building, to increase the building's self-consumption. Given the current investment costs and electricity tariffs, it is not profitable to invest in an additional or larger thermal storage or to install an electrochemical storage. Ecologically, thermal storage is preferable to batteries.