Wärmepumpe & Solaranlage

1. Wärmepumpe und Photovoltaikanlage

Eine Wärmepumpe nutzt die Umgebungswärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser, um das Haus zu heizen oder Warmwasser zu erzeugen. Dafür muss die Wärme auf ein höheres Niveau gepumpt werden, was Strom benötigt. Um unabhängiger von Energieanbietern zu sein und Kosten zu sparen, kann es sinnvoll sein, eine Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage zu kombinieren.

Allerdings produziert die Solaranlage den meisten Strom in den warmen Monaten, während die Wärmepumpe hauptsächlich in den kalten Monaten in Betrieb ist. So kann man durch den Verkauf von Solarstrom an das öffentliche Netz und durch den günstigeren Preis für Wärmepumpen-Kunden im Winter die Kosten reduzieren. Ungefähr 30% des benötigten Stroms für die Wärmepumpe kann man aus der Solaranlage gewinnen.

1.1. Vor- und Nachteile: Wärmepumpe mit Photovoltaik

Eine Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaikanlage (Solaranlage) kann eine effiziente und kosteneffektive Möglichkeit sein, um das eigene Haus zu heizen. Ein Vorteil der Kombination ist, dass man unabhängiger von Energieversorgern wird und die Betriebskosten der Wärmepumpe durch den Einsatz des selbst produzierten Solarstroms reduziert werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlage durch die höhere Eigennutzung gesteigert wird.

Allerdings gibt es auch Nachteile: die Wärmepumpe wird hauptsächlich in den kalten Monaten benötigt, während die Photovoltaikanlage in den warmen Monaten den meisten Strom produziert. Durch die Einspeisung des überschüssigen Solarstroms ins Netz kann man dennoch Kosten sparen. Außerdem hängt die Effektivität der Kombination von Faktoren wie Größe der PV-Anlage, Ertrag der PV-Anlage, Wärmebedarf, Dämmung des Hauses, Anbindung der Wärmepumpe an die Photovoltaikanlage, Größe des vorhandenen Pufferspeichers und Vorhandensein eines Stromspeichers ab.

Vorteile:

• Unabhängigkeit von Energieversorgern
• Reduzierte Betriebskosten der Wärmepumpe
• Erhöhte Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlage
• Möglichkeit, den Solarstrom selbst zu nutzen

Nachteile:

• Wärmepumpe benötigt meistens in kalten Monaten Strom, während Photovoltaikanlage in warmen Monaten meisten Strom produziert
• Effektivität der Kombination hängt von vielen Faktoren ab
• Überschüssiger Solarstrom wird in das Netz eingespeist

Investitionskosten sind ein wichtiger Faktor bei der Entscheidung, ob man eine PV-Anlage und eine Wärmepumpe kombiniert. Die Amortisation der Kosten erfolgt am schnellsten bei einem hohen Wärmebedarf, da in diesem Fall der Spareffekt am besten ausgespielt wird.

Eine PV-Anlage kann je nach Energiestandard des Gebäudes etwa 25 bis 35 Prozent des Energieverbrauchs der Wärmepumpe decken. Mit einem intelligenten Energiemanagement-System kann dieser Wert auf bis zu 50 Prozent gesteigert werden. Wenn man einen passenden Stromspeicher hinzufügt, ist sogar eine Bedarfsdeckung von bis zu 70 Prozent möglich.

Es ist zu beachten, dass die Investitionskosten höher sein können, wenn man eine PV-Anlage und eine Wärmepumpe kombiniert, im Vergleich zur Verwendung nur eines der beiden Systeme. Aber wenn man die langfristigen Vorteile betrachtet, wie die Ersparnisse bei den Betriebskosten und die Unabhängigkeit von Energieversorgern, kann sich die Kombination auf lange Sicht lohnen.

1.2. Planung von Wärmepumpe mit Photovoltaik

Um eine Wärmepumpe in Kombination mit einer Photovoltaikanlage zu planen, sollten beide Komponenten aufeinander abgestimmt und auf individuelle Gegebenheiten angepasst werden. Die Auslegung der PV-Anlage spielt dabei eine zentrale Rolle, da sie den Ertrag und damit die Versorgung der Wärmepumpe mit Solarstrom beeinflusst. Es ist wichtig, dass die PV-Anlage das Ergebnis einer individuellen Kalkulation ist, die neben der Heizlastberechnung auch das Verbrauchsverhalten der Bewohner berücksichtigt. Eine Wärmepumpe in Kombination mit Photovoltaik kann entweder mit einer Brauchwasserwärmepumpe oder einer regulären Wärmepumpe (Luft-, Erd-, Grundwasserwärmepumpe) betrieben werden. Es ist wichtig, dass die Wärmepumpe und die Photovoltaikanlage gut aufeinander abgestimmt sind, um die Wirtschaftlichkeit zu maximieren. Um den Anteil an Solarstrom zu erhöhen, sollte die Wärmepumpe effizient sein und die Vorlauftemperatur und die Temperatur im Pufferspeicher berücksichtigt werden.

Was gibt es bei der Vorlauftemperatur zu beachten?

Die Vorlauftemperatur spielt bei der Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaikanlage eine entscheidende Rolle. Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto weniger muss die Wärmepumpe arbeiten. Dadurch kann der Anteil an Solarstrom gesteigert werden und die Wärmepumpe kann ausgeschaltet bleiben, wenn genug Wärmeenergie aus dem Pufferspeicher zur Verfügung steht. Es ist also wichtig, die Vorlauftemperatur so niedrig wie möglich zu halten, um die Wärmepumpe so effizient wie möglich zu betreiben.

Was ist an einer Brauchwasserwärmepumpe anders als an regulären Wärmepumpen?

Eine Brauchwasserwärmepumpe hat den Vorteil, dass sie einfach und günstig ist und Wärmespeicherung im Wassertank ermöglicht. Der Nachteil ist jedoch, dass sie keine Bereitstellung von Heizwärme ermöglicht. Im Gegensatz dazu bieten reguläre Wärmepumpen wie Luft-, Erd- und Grundwasserwärmepumpen die Bereitstellung von Heizwärme, Raumkühlung und Warmwasser. Sie haben auch einen höheren Eigenstrombedarf und damit höhere Ersparnis bei einer Kombination mit PV-Anlage. Allerdings kann eine ausgefeilte Regelung der PV-Anlage für einen effizienten Betrieb notwendig sein.

Wie kann man Wärmepumpe, Photovoltaik und PV-Speicher optimal aufeinander abstimmen?

Wenn Sie eine Wärmepumpe und Photovoltaik kombinieren möchten, gibt es ein Problem mit der Verfügbarkeit des Solarstroms: er ist nur dann vorhanden, wenn der Wärmebedarf im Haus gering ist und die Wärmepumpe wenig Strom verbraucht. Ein Beispiel dafür sind Wäschetrockner, die man eher dann benutzt, wenn die Sonne nicht scheint und die Wäsche nicht trocknen kann.

Um den höchstmöglichen Eigenverbrauch des erzeugten Stroms zu erreichen, sollte man die Solarzellen in Richtung Süden ausrichten und den richtigen Neigungswinkel wählen (10-30° je nach Ausrichtung). Das Gebäude selbst sollte gut gedämmt sein und ein großflächiges Wärmeverteilsystem, wie z.B. eine Fußbodenheizung, haben.

Wenn die Wärmepumpe nur den überschüssigen Strom der PV-Anlage nutzen soll, benötigen Sie eine intelligente Steuerung des Systems, wie z.B. einen Energiemanager. Es ist auch sinnvoll, einen Stromspeicher anzuschaffen. Dieser erhöht zwar die Anschaffungskosten, ermöglicht aber einen gleichmäßigen Betrieb. So kann der Stromspeicher überschüssigen Strom zwischenspeichern, wenn kein Heiz- oder sonstiger Eigenbedarf besteht und ihn jederzeit bereitstellen, wenn die PV-Anlage nicht oder nur ungenügend arbeitet: z.B. nachts oder bei starker Bewölkung.

1.3. Wie wird also die Wärmepumpe am besten mit der Photovoltaikanlage kombiniert?

Die häufigste Methode ist die Anbindung über SG-Ready (Smart Grid Ready). Dies ist ein Standard oder Label, das Wärmepumpenhersteller beantragen können. Es ermöglicht eine schwellwertbasierte Steuerung, die die Ansteuerung der Wärmepumpe ermöglicht, indem sie ein Signal sendet, wenn die PV-Anlage mehr Strom produziert als gerade benötigt wird. Dann kann die Wärmepumpe den eigenproduzierten Solarstrom nutzen und als Wärme speichern. Über Heizelemente wird einfach die Temperatur im Speicher erhöht. 

Eine weitere Möglichkeit ist die Anbindung über ein intelligentes Energiemanagementsystem. Hierbei sorgt eine Software für die gezielte Steuerung und der Verbrauch des eigenen Solarstroms aus der Photovoltaik-Anlage wird an den Tagesverlauf und den verfügbaren Solarstrom angepasst. Es gibt auch Lösungen, bei denen die Nutzer die Steuerung mithilfe einer App je nach Bedarf steuern können.

Ein intelligentes Energiemanagementsystem (IES) ist eine Lösung, die die Steuerung und Überwachung des Energieverbrauchs im Haushalt ermöglicht. 

• Es ermöglicht die Anbindung von verschiedenen Energiequellen wie Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen, Stromspeichern und anderen Verbrauchern, wie z.B. Elektrofahrzeugen oder Haushaltsgeräten.
• Es sorgt dafür, dass die verschiedenen Energiequellen und Verbraucher effizient genutzt werden, um den Energieverbrauch im Haus so gering wie möglich zu halten.
• Das IES kann durch eine Software gesteuert werden, die auf verschiedene Faktoren wie die Verfügbarkeit von Solarstrom, den aktuellen Strompreis und die Verbrauchsprognose reagiert. Es kann automatisch Entscheidungen treffen, wie z.B. das Einschalten von Haushaltsgeräten zu Zeiten, an denen der Solarstromverbrauch gering ist, oder das Laden eines Elektrofahrzeugs zu Zeiten, an denen der Strompreis niedrig ist.
• Ein IES kann auch manuell gesteuert werden, z.B. durch die Nutzung einer App, die es dem Nutzer ermöglicht, die Steuerung von Energiequellen und Verbrauchern zu überwachen und zu steuern. Dies ermöglicht es dem Nutzer, die Nutzung des eigenen Solarstroms zu maximieren und den Energieverbrauch im Haus zu optimieren.
• Das IES kann je nach System lernfähig sein und seine Entscheidungen im Laufe der Zeit an die Gewohnheiten und Bedürfnisse des Nutzers anpassen. Es kann auch die Möglichkeit bieten, Daten über den Energieverbrauch zu sammeln und zu analysieren, um dem Nutzer eine bessere Übersicht über den Energieverbrauch im Haus zu geben und ihm dabei helfen, Energieeffizienzmaßnahmen zu ergreifen.

Man möchte also Folgendes erreichen:

• Schritt 1: Versorgung der Verbraucher mit Solarstrom
• Schritt 2: Speicherung überschüsigen Solarstroms im Stromspeicher (falls vorhanden)
• Schritt 3: Speicherung des Solarstroms als thermische Energie im Wasserspeicher mithilfe der Wärmepumpe (z.B. für Brauchwasser oder Heizungswasser)
• Schritt 4: Einspeisung des möglicherweise immer noch überschüssigen Solarstroms ins Netz

1.4. Kosten, Finanzierung und Förderung: Wärmepumpe + Photovoltaik

Eine Übersicht über die Kosten für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit Photovoltaikanlage und eine Erdwärmepumpe mit Photovoltaikanlage in einem Haus für vier Personenkann wie folgt aussehen:

Luft-Wasser-Wärmepumpe mit Photovoltaikanlage:

• Kosten für die Luft-Wasser-Wärmepumpe: 8.000 bis 12.000 Euro
• Kosten für die Photovoltaikanlage: 8.000 bis 12.000 Euro
• Kosten für den Stromspeicher (optional): 4.000 bis 8.000 Euro
• Gesamtkosten: 20.000 bis 32.000 Euro

Erdwärmepumpe mit Photovoltaikanlage:

• Kosten für die Erdwärmepumpe: 20.000 Euro und mehr
• Kosten für die Photovoltaikanlage: 8.000 bis 12.000 Euro
• Kosten für den Stromspeicher (optional): 4.000 bis 8.000 Euro
• Gesamtkosten: 32.000 bis 40.000 Euro und mehr

Es ist zu beachten, dass die Kosten für eine Wärmepumpe mit Photovoltaikanlage von verschiedenen Faktoren abhängen, wie z.B. der Größe des Haushalts, der gewünschten Leistung der Anlage und der verfügbaren Förderung. 

1.5. Förderung und Finanzierung 

Da sich Finanzierungs- und Fördermöglichkeiten regelmäßig ändern, haben wir hier einige Link zu Seiten, welche aktuelle Informationen zur Verfügung stellen. Schauen Sie gerne dort vorbei.

• Hier finden Sie alle Informationen zur Förderung & Finanzierung von Wärmepumpen.
• Hier finden Sie alle Informationen zur Finanzierung von PV-Anlagen.
• Hier finden Sie alle Informationen zur Förderung von PV-Anlagen.

2. Wärmepumpe und Solarthermie

Die Hybridheizung besteht aus einer Wärmepumpe und einer Solarthermieanlage. Im Gegensatz zur Solar-Wärmepumpe mit Photovoltaik arbeiten beide Teile der Hybridheizung immer zusammen. Wenn die Sonne genug Wärme produziert, wird die Wärmepumpe ausgeschaltet, um Energie zu sparen. Die Solarthermieanlage kann entweder nur für das Warmwasser oder auch für die Heizung verwendet werden. Es ist möglich, die Solarthermieanlage mit verschiedenen Arten von Wärmepumpen zu kombinieren, jedoch arbeitet eine Luftwärmepumpe besonders effizient bei hohen Umgebungstemperaturen. 

2.1. Vor- und Nachteile: Wärmepumpe mit Solarthermie

Vorteile:

• Hohe Effizienz: Solarthermie erhöht die Effizienz der Wärmepumpe, da sie die Wärmeenergie der Sonne nutzt, um das Haus zu heizen.
• Kosteneinsparungen: Solarthermie reduziert die Kosten für den Betrieb der Wärmepumpe, da sie die notwendige Wärmeenergie teilweise oder sogar vollständig liefert.
• Umweltfreundlich: Solarthermie ist eine erneuerbare Energiequelle und trägt somit zur Reduzierung von CO2-Emissionen bei.

Nachteile:

• Hohe Anfangsinvestitionen: Die Kombination von Wärmepumpe und Solarthermie kann teuer sein, da sowohl die Wärmepumpe als auch die Solarthermie-Anlage angeschafft werden müssen.
• Witterungsabhängigkeit: Die Leistung der Solarthermie-Anlage hängt von der Witterung ab, was bedeutet, dass sie an manchen Tagen weniger Wärme liefern kann.
• Platzbedarf: Solarthermie-Anlagen benötigen Platz auf dem Dach oder im Garten.

2.2. Planung von Wärmepumpe mit Solarthermie

Bei der Planung der Solarthermie können Sie folgende Punkte beachten:

• Die Kombination von Wärmepumpe, Solarthermie und Photovoltaik kann sehr effizient sein, ist jedoch auch die teuerste und optisch nicht immer die beste Lösung. Eine Alternative kann die Montage der PV-Module auf dem Dach und die Installation der Solarkollektoren an der Fassade sein. 
• PVT-Kollektoren, die sowohl Strom als auch Wärme produzieren, können eine besonders effiziente Lösung darstellen.
• Ein ausreichend großes Dach mit einer Ausrichtung nach Süden für die Solarthermie oder Ost-West-Ausrichtung für Photovoltaik ist erforderlich.
• Ein gutes Energiemanagementsystem, das mit der Wärmepumpe kommunizieren kann, sollte eingesetzt werden.
• Komplexe Systeme wie die Regeneration des Erdreiches im Fall der Erdwärmepumpe erfordern eine gute Abstimmung der Komponenten. Daher sollte ein Fachbetrieb solche Systeme lieber als Komplettlösung installieren.

Wenn Sie bereits eine Anlage für Photovoltaik oder Solarthermie besitzen, können Sie auch über die Nachrüstung einer Wärmepumpe nachdenken. Bei der Nachrüstung von Solarthermie ist ein neuer, größerer Wärmespeicher und ein Wärmetauscher für die Solarthermieanlage erforderlich. Die Installation des Solarkreises ist bei der Nachrüstung aufwendiger als die Verkabelung bei der Photovoltaikanlage.