Zusammenfassung

Mongolei: Heizen mit Solarstrom

atmosfair finanziert und installiert Photovoltaikanlagen (PV) sowie elektrische Heiztechnologien in der Mongolei und unterstützt damit Institutionen wie Kindergärten und Schulen bei der Umstellung von kohlebasierten Heizsystemen auf Solarstrom und elektrische Heiztechnologien.

Das Projekt kombiniert die Erzeugung von Solarstrom mit modernen elektrischen Heizsystemen, die selbst in den extrem kalten Wintern der Mongolei zuverlässig funktionieren. Durch die Verringerung des Kohleverbrauchs trägt das Projekt zu sauberer Luft, geringeren Treibhausgasemissionen und verbesserten Lebensbedingungen bei.

Die Solaranlagen sind dabei so ausgelegt, dass sie über das Jahr so viel Strom produzieren, wie für das Heizen benötigt wird. Im Winter soll Strom zusätzlich aus dem Netz bezogen und im Sommer die gleiche Menge Solarstrom in das Netz eingespeist werden.

Elektrische Heizung

Die ersten zwei solarelektrischen Heizsysteme wurden Anfang Oktober 2023 in Betrieb genommen. Es handelt sich um „Zwillings“-Kindergärten in Ulaanbaatar, d.h. zwei Kindergärten am gleichen Ort in zwei benachbarten quasi identischen Gebäuden. Hier testen wir zwei Ansätze für das elektrische Heizen:

Kindergarten A: Wassergeführte Heizung mit Wärmespeicherung

Im Kindergarten A nutzen ein wassergeführtes Heizsystem mit Heizstäben, um den Strom aus der 50 kWp PV-Anlage in Wärme umzuwandeln. Diese wird in Wärmespeichern zwischengespeichert. Dies ermöglich die effektive Nutzung des Solarstroms im Winter auch ohne Netzeinspeisung. Die Wärme wird in isolierten Wasserleitungen zu den Heizkörpern in den einzelnen Räumen geleitet.

Kindergarten B: Luft-Luft-Wärmepumpen

Das zweite Heizsystem im Kindergarten B nutzt den Strom einer 20 kWp PV-Anlage, um mit 19 Klimaanlagen, also Luft-Luft-Wärmepumpen, die einzelnen Räume direkt und effizient zu beheizen. Wie der Name schon sagt, pumpen die Wärmepumpen die Wärme von der Außenluft in die Innenluft der Gebäude. In einem Kompressorkreislauf wird ein Kühlmittel durch niedrigen Druck in der Außeneinheit der Klimaanlage zum Verdampfen gebracht. Hierbei entzieht sie der Umgebungsluft Wärme. Dies funktioniert auch bei Minustemperaturen. In der Inneneinheit der Klimaanlage wird das Kühlmittel unter hohem Druck verdichtet und kondensiert. Die Wärme wird dabei an die Innenluft abgebeben. Betreibt man eine Klimaanlage im Kühlbetrieb dreht sich der Prozess um. Handelsüblichen Kühlschränke funktionieren nach demselben Prinzip.

Eine Studie mit insgesamt 7 Haushalten zeigte bereits 2019, dass das effiziente Heizen mit modernen Klimaanlagen selbst in der sehr kalten Mongolei möglich ist¹. Selbst bei Tiefsttemperaturen waren die Klimaanlagen noch leicht effizienter als Heizstäbe (100% Effizienz) und produzierten während der gesamten Heizperiode im Schnitt für jede kWh Strom 2,8 kWh Wärme. Man spricht hier auch von einem SCOP (seasonal coefficient of performance) von 2,8. In Deutschland sind aufgrund der milderen Wintern Werte zwischen 4 und 5 möglich. Die PV-Anlage für den Kindergarten B konnte somit kleiner dimensioniert werden als die für den Kindergarten A.

Mongolei und Solarenergie

Rund 90 % des Heizenergiebedarfs der Mongolei werden mit heimischer Kohle gedeckt. Neben den erheblichen Umwelt- und Klimafolgen ist die Luftverschmutzung, die überwiegend durch die Verbrennung von Kohle verursacht wird, allein in Ulaanbaatar für rund 3.300 vorzeitige Todesfälle pro Jahr verantwortlich². Solarelektrisches Heizen kann eine sauberere und nachhaltigere Alternative bieten.

Die Winter in der Mongolei sind kalt. Mit einer durchschnittlichen Jahrestemperatur von -2 °C und Wintertemperaturen von bis zu -40 °C ist Ulaanbaatar die kälteste Hauptstadt der Welt. Gleichzeitig erzeugen Photovoltaikanlagen in der Mongolei etwa 1,8-mal mehr Strom als gleich große Anlagen in Deutschland (rund 1.800 kWh/kWp/Jahr gegenüber etwa 1.000 kWh/kWp/Jahr). Dies ist auf die hohe Sonneneinstrahlung und die bessere Leistungsfähigkeit von Solarmodulen bei niedrigen Temperaturen zurückzuführen.

Werden Solaranlagen in einem steilen Winkel (45 bis 50°) installiert und nach Süden ausgerichtet, können sie in den hochgelegenen Regionen der Mongolei im Winter ebenso viel Strom erzeugen wie im Sommer. Zum Vergleich: In Deutschland sinkt die Solarstromproduktion im Winter typischerweise auf etwa ein Fünftel des Sommerniveaus. Dadurch können in der Mongolei rund 75 % des erzeugten Solarstroms zum Heizen genutzt werden, selbst ohne saisonale Energiespeicherung.

 Ausblick

Das Projekt zeigt, dass solarelektrisches Heizen selbst in einer der kältesten bewohnten Regionen der Welt eine praktikable Alternative zur Kohleheizung sein kann.

atmosfair und seine Partner bewerten weiterhin die Leistung beider Heizansätze und prüfen Möglichkeiten, solarelektrisches Heizen auf weitere Schulen, Kindergärten, öffentliche Einrichtungen und ggf. Haushalte in der Mongolei auszuweiten. Langfristig könnten weitere Verbesserungen bei Systemdesign, Betriebskosten und Netzintegration eine breitere Verbreitung dieser Technologie ermöglichen.

Partner

Die kraftBoxx GmbH hat sich auf Power-to-Heat- und Latentwärmespeichertechnologien spezialisiert. Das Unternehmen liefert das wassergeführte Heizsystem einschließlich Heizstäben und Latentwärmespeichern. Gemeinsam mit dem mongolischen Partner Solar Energy Consulting LLC unterstützte kraftBoxx die Installation, Inbetriebnahme und Überwachung der Systeme. Solar Energy Consulting LLC unterstützt weiterhin den Betrieb, die Wartung und das Monitoring der Anlagen.

Das NewClimate Institute (NCI) ist eine gemeinnützige Organisation, die praxisnahe Klimaschutzlösungen entwickelt und deren Umsetzung fördert. Das NCI kofinanzierte das Luft-Luft-Wärmepumpensystem im Kindergarten B.

Ansprechpartner

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