Das SPF präsentierte aktuelle Schwerpunktthemen: Kostensenkungen in der Solarthermie, Qualitätscheck von Photovoltaik-Modulen mit mobilem Testlabor, Entwicklung und Anwendung von PVT-Kollektoren, Simulation von Anergienetzen, Kombination von Photovoltaik und Wärmepumpen für Heizen und Kühlen sowie ein Pilot- und Demonstrationsprojekt „Heizen mit Eisspeicher“. Vorgestellt wurden neben den Mess- und Prüfdienstleistungen auch CFD-Simulationen von Wärmespeichern, Gebäudesimulationen, eine Potenzialstudie für solare Wärmenetze und Entwicklungen aus den Bereichen solare Prozesswärme und Sorptionsprozesse für die Langzeitspeicherung von Wärme und thermisch angetriebene Wärmepumpenprozesse.

Potenzial Kostensenkung in der Solarthermie
Untersuchungen, welche das SPF im Auftrag des Bundesamtes für Energie durchgeführt hat, zeigen, dass in der Solarwärme durch technische Innovationen – die mittelfristig umsetzbar erscheinen – ein Kostenreduktionspotenzial von ca. von 20-30 % erschlossen werden kann. Dieses Potenzial wird nun in einem Folgeprojekt gemeinsam mit der Industrie umgesetzt. „Potenzial für Kosteneinsparungen gibt es zum Beispiel beim Einsatz von vorisolierten Kunststoffrohren. Wobei es bei diesen zu beachten gibt, dass dann die Temperatur aus Gründen der Materialfestigkeit nicht über 100°C steigen darf“, erklärte Stefan Brunold, stellvertretender Institutsleiter des SPF. Technisch sei das möglich und damit werde auch der Glykolwechsel hinfällig, was wiederum Kostensenkungen zur Folge habe. Geforscht wird am SPF auch an wassergeführten Drainbacksystemen, die aufgrund des Wegfalls des Glykols günstiger sind.

Die Entwicklung von Kunststoffspeichern und insbesondere modularen, kubischen Speichern würde ebenfalls Kosteneinsparungen mit sich bringen, weil mit letzteren insbesondere die Baukosten im Altbau gesenkt werden könnten. „Es wäre auch sinnvoll, den Einbau von Kollektoren gleichzeitig mit der Erneuerung des Dachs zu terminieren. Auch hieraus resultieren Einsparpotenziale“, wusste Stefan Brunold zu berichten. Daher wäre es wünschenswert , wenn die Dachdecker anlässlich einer Dachsanierung Hausbesitzer darüber informieren würden, dass der gleichzeitige Einbau einer Kollektoranlage zweckmässig wäre. „Auf diese Weise kommen die Kosten runter“, erklärte der Thermiefachmann, „das nutzt allen Beteiligten.“

Mobiles PV-Testlabor
Als einziger Anbieter in der Schweiz bietet das SPF ein mobiles Testlabor zur umfangreichen, standardisierten Qualitäts- und Leistungsprüfung von PV-Modulen im Feld an. Das Testlabor wird z. B. für Eingangskontrollen grösserer Lieferungen, Beurteilung der Anlagenqualität vor Ablauf der Leistungsgarantie oder bei ungeklärten Ertragsausfällen im Auftrag von Händlern und Installateuren, Projektierern, Bauherren und Eignern angefordert. Ergänzend und in Kooperation mit dem SUPSI ist nun neben der stationären auch eine erstklassige Modulvermessung vor Ort möglich. „Wir arbeiten komplementär mit dem SPF zusammen“, erklärte Roman Rudel, Institutsleiter am ISAAC des SUPSI (Fachhochschule Südschweiz). „Die Themen Gebäudeintegration und Smart Grid gewinnen in unserer Forschung zunehmend an Wichtigkeit.“ Am SUPSI können insgesamt 30 verschiedene Modultests durchgeführt werden. 2016 wurden 400 Module getestet. Produkte vom Markt, aber auch Prototypen von Neuentwicklungen. „Bei den Anlagemessungen haben wir 2015 und 2016 insgesamt 12 Megawatt Leistung geprüft“, schloss Roman Rudel.

Markt, Anwendung und Erfahrungen mit PVT-Kollektoren
PVT-Module kombinieren photovoltaische (PV) und thermische (T) Nutzung der Solarenergie in „einem“ Modul. Diese Technik erfreut sich wachsender Beliebtheit, und so gibt es heute bereits eine Vielzahl von Produkten auf dem europäischen Markt. Rund 50 Firmen sind weltweit in diesem Segment tätig, davon 6 aus der Schweiz. Das SPF hat im Auftrag des BFE eine Übersicht über Hersteller, Produkte, und Anwendungen erstellt und berichtet über Erfahrungen, die in diversen Pilot- und Demonstrationsprojekten in der Schweiz mit dieser Technik bisher gemacht werden konnten.

„Von den 2015 in der Schweiz installierten rund 100‘000 Quadratmeter Kollektoren wurden rund 3000 Quadratmeter als PVT-Kollektoren installiert“, erklärte Daniel Zenhäusern vom SPF. „Wenn wir diese Zahl in Relation zu den 2.2 Millionen Quadratmetern Photovoltaik setzen, scheint dies natürlich sehr wenig“, fügte Zenhäusern an, „doch Photovoltaik ist auch ein Sprungbrett für PVT!“ Der Anwendungsbereich für PVT ist gemäss den Erhebungen des SPF vielfältig: von der Erdwärmeregeneration, dem Eisspeicher und der Solarspeicherbeladung über die Grundwasservorwärmung und die klassische Warmwasseraufbereitung bis hin zur Heizungsunterstützung und der PVT-Anlage für Freibäder ist alles vorhanden. „Ende 2016 zählten wir 300 PVT-Anlagen in der Schweiz“, führte Daniel Zenhäusern aus. Zudem führt das SPF im Moment eine Umfrage über PVT durch, sie soll die Erfahrungen mit dieser Technologie bündeln.

Angebote aus dem Testing
Das Prüflabor des SPF hat seine offizielle Akkreditierung erweitert. Neben der bisherigen Zulassung als Prüfstelle für solarthermische Kollektoren und Systeme gehören jetzt alle Anlagen zur Bereitstellung von Wärme im Gebäude zum Kompetenzumfang der Prüfstelle. Zusätzlich wurde auch die Bewertung der Beständigkeit und der thermischen und optischen Eigenschaften der Gebäudehülle mit eingeschlossen. Für KMU und die Industrie wird damit der umfangreiche Anlagenpark des Instituts für verschiedenste Forschungs- und Entwicklungsprojekte eingesetzt werden, die weit über den Bereich der Solarthermie hinausgehen. „Wir haben unsere Testaktivitäten sozusagen von den Solarkomponenten hin zum ganzen Gebäudesystem entwickelt“, erklärte Andreas Bohren, Leiter Testing am SPF. Dabei dienen die Erfahrungen aus der Solarthermie für ganz neue Bereiche: „Der Sonnensimulator kann zum Beispiel auch für die Untersuchung von Lamellenstoren oder Fenstern eingesetzt werden.“ Dasselbe gilt für viele andere Testanlagen wie zum Beispiel Klimakammern, Hochtemperaturöfen, optische Messgeräte oder den Hagelprüfstand: Die bestehende Infrastruktur wird in vielen neuen Gebieten genutzt.

Anergienetz-Simulationen
In Zusammenarbeit mit Amstein und Walthert sowie anex Ingenieure ist das SPF Teil eines Kompetenz-Clusters im Bereich der Auslegung und Simulation von Anergienetzen (Niedertemperatur-Wärmenetze). Die Simulationen des SPF zeigen Vor- und Nachteile verschiedener Quellen wie Abwärme, FreeCooling und Luft-Wärmetauscher für die Regeneration von Anergienetzen und ermöglichen deren optimale Dimensionierung. Das Anergienetz der Genossenschaft TGZ in Zürich ist eines der Projekte, die das SPF begleitet: Die Genossenschaft verfügt über rund 2300 Wohneinheiten. Mit 5700 Bewohner gehört sie zu den grössten Genossenschaften im Raum Zürich. Die Genossenschaft ersetzt nun Schritt für Schritt bestehende dezentrale Nahwärmenetze, die mit Heizöl oder Gas betrieben wurden, durch Wärmepumpenzentralen. Gespiesen werden diese durch Abwärme aus zwei grossen Rechenzentren von Swisscom und Credit Suisse, die saisonal in Erdsondenfeldern gespeichert wird. Da die Genossenschaft ihre Bauten nicht saniert, sondern nach dem Ablauf des Zykluses abbricht und neu baut, können unter den Neubauten diese Erdsondenfelder realisiert werde.

Kombination PV und Wärmepumpe für Heizen und Kühlen
Die System-Prüfstände des SPF wurden um die Komponenten PV-Emulator und Haushaltsstrom-Emulator erweitert, so dass neu auch der Eigenstromverbrauch von PV-Wärmepumpen in Heiz- und Kühlsystemen mit thermischen oder elektrischen Speichern im Teststand ermittelt und die Qualität von Regelstrategien beurteilt werden können. Ein Versuchsaufbau für photovoltaisch angetriebene Kältemaschinen steht zudem der Industrie für das Testen und Entwickeln ihrer Produkte zur Verfügung.

Eisspeicher im Grossformat
Ein Highlight war die Besichtigung eines Pilot- und Demonstrationsprojektes in Jona, in welchem in Zusammenarbeit mit dem EWJR Elektrizitätswerk Jona-Rapperswil AG ein grosser Eisspeicher als Wärmequelle für eine Wärmepumpe für die Beheizung eines Wohn- und Geschäftshauses eingesetzt wird. Das SPF hatte bereits ein Pilotprojekt eines Eisspeichers zur Beheizung eines bestehenden Kindergartens realisiert. Der Eisspeicher im Neubau in Jona wird über unabgedeckte Solarabsorber grösstenteils im Sommer regeneriert. Die Wärme aus den 120 m2 Kollektoren fliesst je nach Situation direkt in das Heizsystem, wird an die Wärmepumpe abgegeben oder fliesst in den 210 m3 grossen Eisspeicher. Im Winter wird dem Wasser im Speicher die Wärme entzogen. An den Wärmetauscher-Platten – eine Entwicklung des SPF – bilden sich dabei dünne Eisplatten. Um diese zu entfernen, werden die Wärmetauscher für kurze Zeit erwärmt. Die Eisplatten steigen dann im Eisspeicher an die Wasseroberfläche. Je länger die Heizsaison dauert, umso mehr füllt sich der Speicher mit Eis. Ausserhalb der Heizsaison wird der Wasserspeicher dann wieder mit Wärme gefüllt. Im Herbst, wenn dem Wasser die Wärme wieder entzogen wird, bilden sich neue Eisplatten und der Speicher füllt sich bis in den Frühling wieder mit Eis.

©Text: Anita Niederhäusern