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

Die Systemkombination aus Wärmepumpe und solarthermischen 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.
Der Beitrag beschäftigt sich mit einem CO2-Wärmepumpensystem, bestehend aus einem neuartigen Solar-Hybridmodul, welches einen mikrokanal-basierten Verdampfer einer CO2-Wärmepumpe mit einem PV-Modul vereint (PVT-direkt). Um die Machbarkeit des neuartigen PVT-direkt-Wärmepumpensystems zu demonstrieren, wird im Rahmen eines Forschungsprojekts ein funktionsfähiges PVT-direkt-Modul konstruiert und schließlich als Teil eines CO2-Wärmepumpensystems getestet und modelliert.
Die Besonderheit der Kombination eines thermischen Absorbers mit einer Wärmepumpe liegt in der Erschließung der Solarenergie und Umgebungsenergie als Energiequelle. Hierbei ist die Kenntnis über die thermische Leistung des PVT-Moduls unter anderem durch den konvektiven Wärmeübergang zwischen dem PVT-Modul und der Umgebung relevant. Sowohl der Modulneigungswinkel (Anströmwinkel) und die Windrichtung (Azimutwinkel) haben einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf den resultierenden Wärmeübergangskoeffi-zienten der erzwungenen Konvektion. Da im Rahmen einer Literaturrecherche keine für das PVT-Modul direkt zu übertragenden experimentelle Untersuchungen und Berechnungsgrundlagen zur Bestimmung des konvektiven Wärmeübergangs gefunden werden konnten, wurde mit Hilfe der Software ANSYS Fluent eine CFD-Simulation zum konvektiven Wärmeübergang am PVT-Modul durchgeführt, deren Ergebnisse in dieser Arbeit präsentiert werden.