Der Kühlbedarf von Gebäuden korreliert zeitlich stark mit der verfügbaren Sonenstrahlung. An heißen Sommertagen - wenn Klimatisierung besonders gefragt ist - steht auch besonders viel Sonnenenergie zur Verfügung. Solarthermische Kühlungssysteme nutzen diese zeitliche Übereinstimmung, indem sie Solarwärme direkt zur Kälteerzeugung einsetzen, sodass Energieangebot und Kühlbedarf weitgehend zusammenfallen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem vergleichsweise geringen elektrischen Leistungsbedarf solarthermischer Kühlungssysteme, wodurch sich die erforderliche elektrische Anschlussleistung deutlich reduziert, und das Stromnetz entlastet wird.

Die technische Umsetzung erfolgt über Absorptionskältemaschinen, die thermische Energie als Antrieb nutzen, um daraus Kälte zu erzeugen. Die benötigte Wärme wird über einen Heißwasserkreis zugeführt, während die erzeugte Kälte über einen Kaltwasserkreis an das Gebäude abgegeben wird. Zusätzlich muss überschüssige Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau abgeführt werden, wofür ein separater Kühlwasserkreis – beispielsweise in Form eines Kühlturms - erforderlich ist. Die Absorptionskältemaschine arbeitet somit mit 3 Kreisläufen (Heißwasser-, Kaltwasser- und Kühlwasserkreis) auf unterschiedlichen Temperaturniveaus. Die Temperaturen und der Leistungsbedarf des Kaltwasserkreises sind durch die Kälteanforderung im Gebäude eindeutig vorgegeben, während die Betriebspunkte für den Heißwasser- und Kühlwasserkreis innerhalb gewisser Grenzen wählbar sind und von der solarthermischen Anlage und dem Kühlturm abhängen. Dadurch entsteht ein komplexes Gesamtsystem, dessen Effizienz maßgeblich von einer geeigneten Betriebsführung abhängt. 

Im Projekt “Off-grid Solar Cooling applications for South Africa” (FFG, TECXPORT Tailored Innovation Pilot 2022, Nr. FO999898771) hat BEST in Zusammenarbeit mit SOLID Solar Energy Systems GmbH daher eine modellbasierte Regelung entwickelt. Diese berücksichtigt die relevanten Rahmenbedingungen (zum Beispiel Betriebskosten bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen, den Ladezustand der Energiespeicher, sowie den Kühlbedarf) gesamtheitlich, um die benötigte Kälteenergie bei minimalen Kosten bereitzustellen. 

Diese Regelung wurde zuerst in ausführlichen Simulationsstudien getestet und anschließend auf einer realen Anlage der SOLID erfolgreich implementiert und validiert. Darüber hinaus kann das System in Kombination mit einer Photovoltaikanlage und Batteriespeicher auch autark betrieben werden, was insbesondere für Anwendungen in Regionen mit instabiler Stromversorgung von besonderem Interesse ist.

Aufgrund der signifikanten Effizienzsteigerung plant SOLID, die entwickelte modellbasierte Regelungsstrategie künftig in weiteren solarthermischen Kühlungsanlagen zu implementieren.

(Grafik: SOLID)

2026-03-09