Utformning av en villa med värmepump och hög andel el från solceller

EU:s direktiv om att öka andelen nollenergibyggnader gör det angeläget att utveckla energisystem som inbegriper en stor del egenproducerad energi. Det finns också ett tydligt miljömässigt och kommersiellt behov av att utforma energisystemet utifrån en kombination av hög andel solenergi och värmepumpar. Sådana system kommer att gynna såväl miljön som solenergiföretag, hustillverkare och värmepumpföretag. Det viktigaste nytänkandet i detta projekt är att solcellerna ska ge maximalt bidrag till värmepumpen och husets övriga elbehov, utan att överskott matas ut på nätet.

Projektnamn: Utformning av en villa med värmepump och hög andel el från solceller

Forskningsinriktning: Framtidens energi

Huvudfinansiär(er): Energimyndigheten

Medfinansiär(er): IVT, Eksjöhus, Solarus, Solarit, Mimer, Eskilstuna Energi och Miljö, Riksbyggen, NCC, MälarEnergi, Sustainable Innovation, JM, ABB, Solarwave, Sala-Heby Energi

Samverkande företag/Samarbetspartners: IVT, Eksjöhus, Solarus, Solarit, Mimer, Eskilstuna Energi och Miljö, Riksbyggen, NCC, MälarEnergi, Sustainable Innovation, JM, ABB, Solarwave, Sala-Heby Energi

Projektledare: Björn Karlsson, professor i energiteknik, Mälardalens högskola

Startdatum för projektet: 2011

Slutdatum för projektet: 2014

Projektbudget: 4 miljoner kronor

Beskrivning av projektet

En inledande analys visar att kombinationen av solceller och värmepump får hög täckningsgrad. För att systemet ska bli ekonomiskt konkurrenskraftigt krävs dock att den solel som levereras kan användas direkt i byggnaden utan att matas ut på nätet. Detta kan åstadkommas om värmepumpen kopplas ihop med en ackumulator för minst dygnsackumulering. Alternativt kan samma effekt uppnås om månadsvis nettodebitering av PV-genererad el införs.

Simuleringar av energitillförseln från ett PV-system i ett enfamiljhus med värmepump har genomförts, baserade på månadsvis nettodebitering av PV-produktionen. PV-effekten var anpassad så att balans mellan tillskott och last erhölls under sommaren, elexport undveks således. Resultaten visade att ett standardhus med en bergvärmepump och solceller får en soltäckningsgrad på 40%. Ett hus med passivhusstandard får över 60% soltäckningsgrad.

I projektet ska en detaljerad simuleringsmodell för systemet utformas. Ett komplett system med värmepump, ackumulator och solceller ska byggas upp i laboratorium. Simuleringar ska kalibreras mot mätningar och ett optimalt system föreslås. Detta system ska provas i ett nytt enfamiljshus och funktionen ska mätas.

Målsättningar

Målsättningarna för projektet är att:

  • utveckla ett energisystem med en solcellmatad värmepump som har 40% soltäckningsgrad i ett standardhus
  • utveckla ett energisystem med en solcellmatad värmepump som har 60% soltäckningsgrad i ett passivhus
  • utveckla ett energisystem med en solcellmatad värmepump som har 100% soltäckningsgrad och högst 20% missmatch i ett passivhus
  • bygga upp ett komplett laboratoriesystem vid MDH och ett komplett demonstrationssystem i en ny villa
  • utexaminera en doktor och ett antal examensarbetare.

Delprojekt

Projektet omfattar följande delprojekt:

  • Uppförande av system i laboratorium.
  • Ett komplett system med värmepump, ackumulator, PV-moduler och reglersystem ska uppföras vid högskolans laboratorium i Västerås.
  • Mätningar med demonstrationssystem. Detaljerade mätningar ska genomföras på detta system.
  • Utveckling av simuleringsmodeller och simuleringsprogram.
  • En simuleringsmodell som beskriver system ska utvecklas, troligen i TRNSYS. Denna modell ska användas för att optimera systemet och för att föreslå hur systemet ska regleras för att få maximal användning av solelen.
  • Uppförande av demonstrationssystem i hus.
  • Ett komplett system ska installeras i ett nybyggt energieffektivt hus.
  • Utvärdering av demonstrationssystemet.
  • Energianvändning i demonstrationshuset ska mätas och utvärderas under ett år.