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... durch innovatives Energiemanagement Neue Chancen in der Solarthermie ... Vortragender: Dirk Drews
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Neue Chancen in der Solarthermie

Apr 15, 2022

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Page 1: Neue Chancen in der Solarthermie

... durch innovatives Energiemanagement

Neue Chancen in der Solarthermie ...

Vortragender: Dirk Drews

Page 2: Neue Chancen in der Solarthermie

... durch innovatives Energiemanagement

Neue Chancen in der Solarthermie ...

Vortragender: Dirk Drews

++ Klimawandel ++ handeln ++ Energie sparen ++

Page 3: Neue Chancen in der Solarthermie

... durch innovatives Energiemanagement

Neue Chancen in der Solarthermie ...

Vortragender: Dirk Drews

++ Klimawandel ++ handeln ++ Energie sparen ++

„Richtig investieren - Klima schützen“

Page 4: Neue Chancen in der Solarthermie

Innovationen

Thermacon AG i.G.

... mehrere Patente beantragt

Solarluftwärmepumpe

Ergänzungswärmepumpe

Innovatives Energiemanagement

Page 5: Neue Chancen in der Solarthermie

Alternativen zu Gas / ÖL ?

EnergieSparen - Wie?

Page 6: Neue Chancen in der Solarthermie

Alternativen zu Gas / ÖL ?

Umweltenergie: Sonne ⇒ Solarkollektoren

Umweltenergie: Luft/Wasser/Erde ⇒ Wärmepumpen

EnergieSparen - Wie?

Page 7: Neue Chancen in der Solarthermie

Alternativen zu Gas / ÖL ?

Umweltenergie: Sonne ⇒ Solarkollektoren

Umweltenergie: Luft/Wasser/Erde ⇒ Wärmepumpen

++ Alles teuer ++

Rechnet sich der technische Aufwand ?

EnergieSparen - Wie?

Page 8: Neue Chancen in der Solarthermie

Sparen mit SolarEnergie = Solarkollektoren?

1qm Kollektorfläche bringen im Jahr 400-800kWh/m2 !

Einflussfaktoren zur Gewinnung von Solarerträgen

EnergieSparen - Solarthermie?

Page 9: Neue Chancen in der Solarthermie

Sparen mit SolarEnergie = Solarkollektoren?

1qm Kollektorfläche bringen im Jahr 400-800kWh/m2 !

Einflussfaktoren zur Gewinnung von Solarerträgen

Sonne?

EnergieSparen - Solarthermie?

Page 10: Neue Chancen in der Solarthermie

Sparen mit SolarEnergie = Solarkollektoren?

1qm Kollektorfläche bringen im Jahr 400-800kWh/m2 !

Einflussfaktoren zur Gewinnung von Solarerträgen

Sonne?

Nutzerverhalten - Elektrostab?

EnergieSparen - Solarthermie?

Page 11: Neue Chancen in der Solarthermie

Sparen mit SolarEnergie = Solarkollektoren?

1qm Kollektorfläche bringen im Jahr 400-800kWh/m2 !

Einflussfaktoren zur Gewinnung von Solarerträgen

Sonne?

Nutzerverhalten - Elektrostab?

Speicher?

EnergieSparen - Solarthermie?

Page 12: Neue Chancen in der Solarthermie

Sparen mit SolarEnergie = Solarkollektoren?

1qm Kollektorfläche bringen im Jahr 400-800kWh/m2 !

Einflussfaktoren zur Gewinnung von Solarerträgen

Sonne?

Nutzerverhalten - Elektrostab?

Speicher?

Kollektortyp?

EnergieSparen - Solarthermie?

Page 13: Neue Chancen in der Solarthermie

EnergieSparen mit Flach oder Röhren?

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Page 14: Neue Chancen in der Solarthermie

EnergieSparen mit Flach oder Röhren?

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➡ Bei niedrigeren Kollektortemperaturen ist der Kollektortyp nicht entscheidend, die Solarerträge jedoch höher !

Page 15: Neue Chancen in der Solarthermie

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Page 17: Neue Chancen in der Solarthermie

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➡ Vermeidung thermischer Verluste ➡ Höhere Effizienz bei niedrigen Kollektortemperaturen

Page 18: Neue Chancen in der Solarthermie

Betreffend Solar-Energieerträge und Kollektortemperatur bestehen in der Praxis sehr viele Unklarheiten und Missverständnisse.

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eines Solarkollektors

" hohe Kollektortempe-raturen bringen hohe thermische Verluste mit sich

! niedrige Kollektortempe- raturdifferenzen verursachen die geringsten thermischen Verluste, aber WIE? kann man diese effizient nutzen!

Je tiefer die Kollektortem- peratur, desto höher die Solarerträge

Sehr viele Leute glauben, dass hohe Kollektortemperaturen (heisses "Was-ser" vom Kollektor) hohe Nutzerträge eines Kollektors bedeuten. Beispiel:Es ist sinnvoller an einem gegebenen, eher schlechteren Tag mit einer be-stimmten Kollektorfläche 200l Wasser von 10°C auf 30°C zu heizen als 40l Wasser von 10°C auf 60°C. Im ersten Fall resultiert ein Solarertrag von 4,6kWh, im zweiten Fall wird nur die Hälfte (2,3kWh) erreicht.Tatsache ist, dass jeder Sonnenkollek-tor, wenn er besser ausgekühlt wird und je tiefer die mittlere Kollektortemperatur ist, eine längere Energiegewinn-Nutzungszeit hat und damit hö-here Solarerträge erzielt (siehe Diagramm). Dies kann anhand folgender Zahlen verdeutlicht werden.

Temperatur und Energie, Teil 1 Seite 6 Oberburg, Juni 2006

Beim Vergleich eines Low-Flow-Systems mit einer gewöhnlichen Anlage muss weiter beachtet werden: Der Sonnenkreis kann, bei zu einfachen Low-Flow-Anlagen (einstufige Wärmeeinbringung), erst ein-geschaltet werden, wenn der Kollektor mindestens die Komforttemperatur (z.B. 60°C) erreicht. Erträge in Zeiten mit niedriger Einstrahlung (weniger gutes Wetter, Randzeiten des Tages) gehen verloren. Bei kleinerer Umwälzung kann mit kleineren Leitungen und mit geringerem Wärmeträgerinhalt gearbeitet werden. Durch die kleinere Umwälzung kann aber auch der Wärmeübergang im Kollektor und im Wärme-tauscher massiv verschlechtert werden. Das heisst sowohl Kollektor, Kollektorverschaltung und der Wärmetauscher müssen auf den niedrigen Durchfluss abgestimmt sein. Kleine Durchflüsse werden bei höheren Arbeitstemperaturen und bei grossen Kollektorfeldern immer an-spruchsvoller. Es besteht die Gefahr, dass das Kollektorfeld nicht mehr regelmässig durchströmt wird und es damit zu lokalen Ueberhitzungen mit folgender Dampf- oder Gasbildung kommt. Ein dauerhaft störungsfreier Betrieb wird damit unmöglich. Grosse Low-Flow-Anlagen müssen sehr sorgfältig geplant werden. Luftsäcke in Teilkreisen sollten soweit irgend möglich vermieden werden. Wenn das Wetter so gut ist, dass mehr als Volldeckung möglich ist, sind die verschiedenen Konzepte gleichwertig, denn mehr als genug Warmwasser können Sie nicht gebrauchen.

Die Low-Flow Technik ist vor allem für Anlagen geeignet, bei denen regelmässig eine relativ grosse Temperaturdifferenz überwunden werden muss. Also zum Beispiel Anlagen für die Warmwasser-aufbereitung mit mittlerem bis höherem Deckungsgrad, bei denen häufig Wasser von 10°C auf 60°C aufgeheizt wird. Nicht geeignet ist sie bei Anlagen zur Warmwasservorwärmung oder für reine Schwimmbadbeheizung. Das Low-Flow-Prinzip würde zu

unnötiger Anhebung der Kollektortemperatur führen. Es macht keinen Sinn den Sonnenkreislauf mit einer Temperaturdifferenz von 40°C (12°C/52°C) arbeiten zu lassen, wenn das Warmwasser normalerweise maximal nur von 10°C auf 30°C aufgewärmt werden kann. Eine Temperaturdifferenz von 20°C ist das Maximum was vertreten werden kann. Es ist wichtig, die Wärme über einen vernünftig hohen (Temperatur-)

Bereich eventuell sogar zweistufig einzubringen. Gar nicht geeignet ist die Low-Flow-Technik zur Beheizung eines Schwimmbades. Das Badewasser wird in der Regel

um 1 bis 3°C angehoben, im Sonnenkreislauf kann fast nicht genügend Wärmeträger umgewälzt werden. Mehrstufige Wärmeeinbringung bringt Mehrertrag Die Leistung von Sonnenenergieanlagen für Warmwasser oder Warmwasser und Heizung kann durch mehrstufige Wärmeeinbringung grundsätzlich verbessert werden. Dies wird bei grösseren Anlagen seit eh und je mit Erfolg angewendet. Low-Flow mit mehrstufiger Wärmeeinbringung reduziert die Trägheit von Anlagen, was sich vor allem bei raschen Wetterverbesserungen und bei Anlagen mit grossen Speichern sehr positiv auswirkt - auch aus der Sicht des Kunden. Es muss nicht zuerst der ganze Speicher von unten aufgeladen werden.

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Low Flow

High Flow

AbendMittagMorgen

Maximale Temperaturdifferenz über dem Sonnenkreis - nicht höher als die maximal mögliche Temperaturanhebung - nicht höher, als dass in einem Umgang die minimal benötigte Temperatur erreicht werden kann

Der Schlüssel zur Mehrleistung liegt für mich nicht in erster Linie beim Low-Flow, sondern vor allem in einer exergiegerechten Wärmeeinbringung bei der die reale (nicht unendliche) Wärmeträgermenge kein Nachteil ist. Also in einer konsequenten Anwendung der Temperaturschichtung.

Prinzipieller Verlauf der mittleren Kollektortemperatur bei einer High-Flow und einer Low-Flow Anlage über einen Tag

Monatlicher Kollektorertrag kWh für 1m! Kollektorfläche

bei fester mittlerer Kollektortemperatur (Tk)

Kollektorer-

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Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sep Okt Nov Dez Jahr

Tk= 10°C

Tk= 20°C

Tk= 30°C

Tk= 40°C

Tk= 50°C

Tk= 60°C

Tk= 80°C

Mehrleistung

33,3 46,0 83,7 96,8 124,0 124,0 145,0 149,0 115,0 77,3 37,3 27,5 1059

26,7 37,1 73,9 80,2 105,0 104,0 123,0 127,0 97,0 64,0 29,9 21,7 892,0

21,8 31,0 63,2 71,3 91,5 89,6 107,0 113,0 85,6 54,5 24,5 17,8 770,3

17,9 25,3 54,3 61,1 79,1 77,0 93,5 100,0 75,6 46,3 20,5 14,6 665,2

14,6 20,9 46,4 51,7 68,1 65,9 81,3 88,3 66,2 38,9 17,2 11,8 571,3

12,0 17,2 39,2 43,5 58,1 55,8 69,7 77,1 57,3 32,4 14,1 9,4 485,6

7,7 11,1 26,5 41,6 38,4 49,2 56,8 41,2 21,3 8,8 5,4 338,3

55% 45% 38% 39% 41% 42% 47%

Tabelle: Quelle Klimadaten Region Freiburg

EnergieSparen - Kollektortemperatur?

Page 19: Neue Chancen in der Solarthermie

Betreffend Solar-Energieerträge und Kollektortemperatur bestehen in der Praxis sehr viele Unklarheiten und Missverständnisse.

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" hohe Kollektortempe-raturen bringen hohe thermische Verluste mit sich

! niedrige Kollektortempe- raturdifferenzen verursachen die geringsten thermischen Verluste, aber WIE? kann man diese effizient nutzen!

Je tiefer die Kollektortem- peratur, desto höher die Solarerträge

Sehr viele Leute glauben, dass hohe Kollektortemperaturen (heisses "Was-ser" vom Kollektor) hohe Nutzerträge eines Kollektors bedeuten. Beispiel:Es ist sinnvoller an einem gegebenen, eher schlechteren Tag mit einer be-stimmten Kollektorfläche 200l Wasser von 10°C auf 30°C zu heizen als 40l Wasser von 10°C auf 60°C. Im ersten Fall resultiert ein Solarertrag von 4,6kWh, im zweiten Fall wird nur die Hälfte (2,3kWh) erreicht.Tatsache ist, dass jeder Sonnenkollek-tor, wenn er besser ausgekühlt wird und je tiefer die mittlere Kollektortemperatur ist, eine längere Energiegewinn-Nutzungszeit hat und damit hö-here Solarerträge erzielt (siehe Diagramm). Dies kann anhand folgender Zahlen verdeutlicht werden.

Temperatur und Energie, Teil 1 Seite 6 Oberburg, Juni 2006

Beim Vergleich eines Low-Flow-Systems mit einer gewöhnlichen Anlage muss weiter beachtet werden: Der Sonnenkreis kann, bei zu einfachen Low-Flow-Anlagen (einstufige Wärmeeinbringung), erst ein-geschaltet werden, wenn der Kollektor mindestens die Komforttemperatur (z.B. 60°C) erreicht. Erträge in Zeiten mit niedriger Einstrahlung (weniger gutes Wetter, Randzeiten des Tages) gehen verloren. Bei kleinerer Umwälzung kann mit kleineren Leitungen und mit geringerem Wärmeträgerinhalt gearbeitet werden. Durch die kleinere Umwälzung kann aber auch der Wärmeübergang im Kollektor und im Wärme-tauscher massiv verschlechtert werden. Das heisst sowohl Kollektor, Kollektorverschaltung und der Wärmetauscher müssen auf den niedrigen Durchfluss abgestimmt sein. Kleine Durchflüsse werden bei höheren Arbeitstemperaturen und bei grossen Kollektorfeldern immer an-spruchsvoller. Es besteht die Gefahr, dass das Kollektorfeld nicht mehr regelmässig durchströmt wird und es damit zu lokalen Ueberhitzungen mit folgender Dampf- oder Gasbildung kommt. Ein dauerhaft störungsfreier Betrieb wird damit unmöglich. Grosse Low-Flow-Anlagen müssen sehr sorgfältig geplant werden. Luftsäcke in Teilkreisen sollten soweit irgend möglich vermieden werden. Wenn das Wetter so gut ist, dass mehr als Volldeckung möglich ist, sind die verschiedenen Konzepte gleichwertig, denn mehr als genug Warmwasser können Sie nicht gebrauchen.

Die Low-Flow Technik ist vor allem für Anlagen geeignet, bei denen regelmässig eine relativ grosse Temperaturdifferenz überwunden werden muss. Also zum Beispiel Anlagen für die Warmwasser-aufbereitung mit mittlerem bis höherem Deckungsgrad, bei denen häufig Wasser von 10°C auf 60°C aufgeheizt wird. Nicht geeignet ist sie bei Anlagen zur Warmwasservorwärmung oder für reine Schwimmbadbeheizung. Das Low-Flow-Prinzip würde zu

unnötiger Anhebung der Kollektortemperatur führen. Es macht keinen Sinn den Sonnenkreislauf mit einer Temperaturdifferenz von 40°C (12°C/52°C) arbeiten zu lassen, wenn das Warmwasser normalerweise maximal nur von 10°C auf 30°C aufgewärmt werden kann. Eine Temperaturdifferenz von 20°C ist das Maximum was vertreten werden kann. Es ist wichtig, die Wärme über einen vernünftig hohen (Temperatur-)

Bereich eventuell sogar zweistufig einzubringen. Gar nicht geeignet ist die Low-Flow-Technik zur Beheizung eines Schwimmbades. Das Badewasser wird in der Regel

um 1 bis 3°C angehoben, im Sonnenkreislauf kann fast nicht genügend Wärmeträger umgewälzt werden. Mehrstufige Wärmeeinbringung bringt Mehrertrag Die Leistung von Sonnenenergieanlagen für Warmwasser oder Warmwasser und Heizung kann durch mehrstufige Wärmeeinbringung grundsätzlich verbessert werden. Dies wird bei grösseren Anlagen seit eh und je mit Erfolg angewendet. Low-Flow mit mehrstufiger Wärmeeinbringung reduziert die Trägheit von Anlagen, was sich vor allem bei raschen Wetterverbesserungen und bei Anlagen mit grossen Speichern sehr positiv auswirkt - auch aus der Sicht des Kunden. Es muss nicht zuerst der ganze Speicher von unten aufgeladen werden.

Zeit

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Low Flow

High Flow

AbendMittagMorgen

Maximale Temperaturdifferenz über dem Sonnenkreis - nicht höher als die maximal mögliche Temperaturanhebung - nicht höher, als dass in einem Umgang die minimal benötigte Temperatur erreicht werden kann

Der Schlüssel zur Mehrleistung liegt für mich nicht in erster Linie beim Low-Flow, sondern vor allem in einer exergiegerechten Wärmeeinbringung bei der die reale (nicht unendliche) Wärmeträgermenge kein Nachteil ist. Also in einer konsequenten Anwendung der Temperaturschichtung.

Prinzipieller Verlauf der mittleren Kollektortemperatur bei einer High-Flow und einer Low-Flow Anlage über einen Tag

Monatlicher Kollektorertrag kWh für 1m! Kollektorfläche

bei fester mittlerer Kollektortemperatur (Tk)

Kollektorer-

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Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sep Okt Nov Dez Jahr

Tk= 10°C

Tk= 20°C

Tk= 30°C

Tk= 40°C

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Tk= 80°C

Mehrleistung

33,3 46,0 83,7 96,8 124,0 124,0 145,0 149,0 115,0 77,3 37,3 27,5 1059

26,7 37,1 73,9 80,2 105,0 104,0 123,0 127,0 97,0 64,0 29,9 21,7 892,0

21,8 31,0 63,2 71,3 91,5 89,6 107,0 113,0 85,6 54,5 24,5 17,8 770,3

17,9 25,3 54,3 61,1 79,1 77,0 93,5 100,0 75,6 46,3 20,5 14,6 665,2

14,6 20,9 46,4 51,7 68,1 65,9 81,3 88,3 66,2 38,9 17,2 11,8 571,3

12,0 17,2 39,2 43,5 58,1 55,8 69,7 77,1 57,3 32,4 14,1 9,4 485,6

7,7 11,1 26,5 41,6 38,4 49,2 56,8 41,2 21,3 8,8 5,4 338,3

55% 45% 38% 39% 41% 42% 47%

Tabelle: Quelle Klimadaten Region Freiburg

Niedrige Kollektortemperaturen ➡ vermindern thermische Verluste ➡ verlängern Energiegewinn-Nutzungszeit dadurch Mehrleistung bis 50%

EnergieSparen - Kollektortemperatur?

Page 20: Neue Chancen in der Solarthermie

Niedrige Kollektortemperatur !!Ist diese Wärmeenergie technisch verwertbar?

konventionelle Solaranlagen können Niedertemperatur-Energien nicht verwerten

Page 21: Neue Chancen in der Solarthermie

Niedrige Kollektortemperatur !!Ist diese Wärmeenergie technisch verwertbar?

konventionelle Solaranlagen können Niedertemperatur-Energien nicht verwerten

Herausforderung ➡ Solare Energie mit niedriger Temperatur

effizient nutzen!➡ Brauchwarmwasser auch morgens, ohne Elektrostab!

Page 22: Neue Chancen in der Solarthermie

“Wärme-Transformations-Speicher“ WTS

Transformation von Niedertemperatur-Energie auf beliebige NutztemperaturUmschichtung solarer Energiereserven in die NutzzoneErhöhung der Speicherkapazität

Innovationsprodukt

Page 23: Neue Chancen in der Solarthermie

Wärmepumpe in einem Schichtenspeicher ohne Zusatzpumpen integriert

3 Schichtenprinzip- BWW-Zone- Heiz-Zone- Unterkühlungs-Zone

kontrollierter Schichtenaufbau

Anschluss beliebiger Energiequellen

Aufbau & Funktion

55°

45°

20°

30°

AnschlussBrauchwarm-wasser

Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers

AnschlussHeizung VL

AnschlussHeizung RL

AnschlussKühlung

Speicherzone 50-60°C

Brauchwarmwasser

Speicherzone 30-45°C

Heizung

Speicherzone18-30°C

Solar-Kühlung,

Wärmepumpe

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Page 24: Neue Chancen in der Solarthermie

Einfache Integration

Herkömmliches Aussehen

Solare Mehrleistung bei allen neuen und bestehenden Solaranlagen

Höhere Versorgungs-sicherheit

Beliebige Kombination mit anderen Energiequellen

Vorteile

55°

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AnschlussBrauchwarm-wasser

Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers

AnschlussHeizung VL

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AnschlussKühlung

Speicherzone 50-60°C

Brauchwarmwasser

Speicherzone 30-45°C

Heizung

Speicherzone18-30°C

Solar-Kühlung,

Wärmepumpe

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Page 25: Neue Chancen in der Solarthermie

55°

45°

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AnschlussBrauchwarm-wasser

Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers

AnschlussHeizung VL

AnschlussHeizung RL

AnschlussKühlung

Speicherzone 50-60°C

Brauchwarmwasser

Speicherzone 30-45°C

Heizung

Speicherzone18-30°C

Solar-Kühlung,

Wärmepumpe

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WTS-Vision: Die neue Energiezentrale

Der WTS - managt jede Umweltenergie

Page 26: Neue Chancen in der Solarthermie

55°

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AnschlussBrauchwarm-wasser

Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers

AnschlussHeizung VL

AnschlussHeizung RL

AnschlussKühlung

Speicherzone 50-60°C

Brauchwarmwasser

Speicherzone 30-45°C

Heizung

Speicherzone18-30°C

Solar-Kühlung,

Wärmepumpe

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WTS-Vision: Die neue Energiezentrale

Der WTS - managt jede Umweltenergie

oder Abwärme (Abwasser, Abluft ...)

Page 27: Neue Chancen in der Solarthermie

55°

45°

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30°

AnschlussBrauchwarm-wasser

Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers

AnschlussHeizung VL

AnschlussHeizung RL

AnschlussKühlung

Speicherzone 50-60°C

Brauchwarmwasser

Speicherzone 30-45°C

Heizung

Speicherzone18-30°C

Solar-Kühlung,

Wärmepumpe

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WTS-Vision: Die neue Energiezentrale

Der WTS - managt jede Umweltenergie

oder Abwärme (Abwasser, Abluft ...)

Der WTS - Herzstück für Heizung und Klimatisierung eines Hauses

Page 28: Neue Chancen in der Solarthermie

55°

45°

20°

30°

AnschlussBrauchwarm-wasser

Schichten-Pufferspeicher Wärmetransformationsspeichers

AnschlussHeizung VL

AnschlussHeizung RL

AnschlussKühlung

Speicherzone 50-60°C

Brauchwarmwasser

Speicherzone 30-45°C

Heizung

Speicherzone18-30°C

Solar-Kühlung,

Wärmepumpe

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WTS-Vision: Die neue Energiezentrale

Der WTS - managt jede Umweltenergie

oder Abwärme (Abwasser, Abluft ...)

Der WTS - Herzstück für Heizung und Klimatisierung eines Hauses

➡ WTS „Solare Geheimwaffe“

Page 29: Neue Chancen in der Solarthermie

Solar-Anlagen mit WTS

Solare Mehrleistung

Sehr hohe Versorgungssicherheit

Neue Chancen in der Solarthermie ...

Page 30: Neue Chancen in der Solarthermie

Solar-Anlagen mit WTS

Solare Mehrleistung

Sehr hohe Versorgungssicherheit

Neue Markt-Chancen für Solar

Neue Chancen in der Solarthermie ...

Page 31: Neue Chancen in der Solarthermie

Solar-Anlagen mit WTS

Solare Mehrleistung

Sehr hohe Versorgungssicherheit

Neue Markt-Chancen für Solar

Solar-Marktreserven erschliessen

Neue Chancen in der Solarthermie ...

Page 32: Neue Chancen in der Solarthermie

Solar-Anlagen mit WTS

Solare Mehrleistung

Sehr hohe Versorgungssicherheit

Neue Markt-Chancen für Solar

Solar-Marktreserven erschliessen

Fragen?

Neue Chancen in der Solarthermie ...