Entwicklung eines PVT-basierten Wärmepumpensystems auf der Basis von CO2 Direktverdampfung

Bereits Ende der 1970’iger Jahren wurden Wärmepumpen in Kombination mit glykolbasierten großflächigen Absorbern entwickelt, welche sich die Umgebungsenergie und Solarenergie als Energiequelle zu Nutze machen. Aufgrund der nach der Ölkrise fallenden Ölpreise, der meist noch nicht wirtschaftlichen Anlagentechnik und den benötigten großen Absorberflächen, konnten sich diese Anlagen nicht durchsetzen. Durch die starke Reduzierung des Heizwärmebedarfs eines heutigen Neubaus werden heutzutage deutlich kleinere Absorberflächen in Kombination mit einer Wärmepumpe benötigt, was die Systemkombination aus Wärmepumpe und Absorber aktuell wieder interessant werden lässt. Vor allem die Kombination aus thermischen Absorber, basierend auf freier Konvektion und Strahlung, und Photovoltaik (PV) in einem Modul (PVT-Modul) kann aufgrund der Reduzierung des Heizwärmebedarfs von Gebäuden und des verstärkten Betriebs von Wärmepumpen während der Niedrigstrompreiszeiten am Tage und dem damit verbundenen höheren Strahlungsanteil der Umweltwärme zukünftig eine Alternative zu zwangskonvektions-basierten Luft-Wärmepumpen sein.
Im Rahmen dieser Arbeit wird auf die Konstruktion eines funktionsfähigen PVT-direkt Moduls eingegangen, welches einen mikrokanalbasierten Verdampfer einer transkritischen CO2-Wärmepumpe mit einem PV-Modul kombiniert. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein thermisches Modell des PVT-direkt Moduls hergeleitet, welches in zukünftigen Untersuchungen Anwendung findet, um eine Aussage über die PV-seitige Wirkungsgradsteigerung durch niedrigere Modultemperaturen aufgrund der Kältemittelverdampfung an der Modulrückseite treffen zu können. Der zweite Teil dieser Arbeit präsentiert die Auslegung zweier Verdampfer-Designvarianten (Mäander und Harfendesign) und eine Temperaturverteilungsanalyse. Bei beiden Konzepten fällt die Temperaturverteilung annähernd homogen aus.