Wärmepumpe und Photovoltaik -Eine ideale Kombination
Wärmepumpe und PV-Anlage - das lohnt sich!
Wärmepumpen werden effizient mit elektrischem Strom angetrieben. Der Primärenergiefaktor, das heißt das Verhältnis zwischen eingesetzter Primärenergie und nutzbarer Wärmeenergie, liegt bei einer Wärmepumpe stets weit unter dem Primärenergiefaktor einer Gas- oder Elektroheizung.
Allerdings ist dieses Verhältnis beim Einsatz des Energiemixes aus dem Netz deutlich ungünstiger als beim Einsatz von Solarenergie. Mit anderen Worten: Der Betrieb der Wärmepumpe mit Solarstrom ist ökologisch besonders sinnvoll.
Die Kombination von PV-Anlage und Wärmepumpe überzeugt nicht nur ökologisch sondern auch ökonomisch. Während die Gestehungskosten für Solarstrom bei ca. 10 Cent pro kWh liegen, kostet der Strom aus dem Netz um 25 Cent / kWh und mehr.
Neben ihren Standardtarifen haben viele Netzbetreiber auch Wärmepumpentarife im Angebot. Die liegen zwischen 25 und 30 Cent pro kWh und somit auch noch deutlich über den Kosten für den Strom aus der eigenen PV-Anlage.
Mit Wärmepumpenstrom nur knapp günstiger
Mit einem Wärmepumpentarif ("Wärmepumpenstrom") liegt man mit einer Wärmepumpe ungefähr bei bzw. leicht unter den Kosten einer fossilen Heizung. In Kombination mit solar erzeugtem Strom ist die Wärmepumpe aber das günstigste Heizsystem.
Für Besitzer einer PV-Anlage macht es sich also doppelt bezahlt, möglichst viel vom eigenen Solarstrom für die Wärmepumpe einzusetzen. Das erhöht den Eigenverbrauch, der Haushalte kann bares Geld sparen und die CO₂-Emissionen werden reduziert.
Solarstrom für die Wärmepumpenheizung
Mit einer PV-Anlage kann in einem Jahr so viel Strom solar erzeugt werden, wie von der Wärmepumpe benötigt wird. Fassadenanlagen oder Anlagen mit einem steilen Neigungswinkel bieten den Vorteil, dass sie gerade in der Übergangszeit, wenn der meiste Strom zur Wärmeerzeugung benötigt wird, höhere Erträge liefern als ideale Anlagen mit Südausrichtung und einem Neigungswinkel von 30 °bis 35 °.
Solarstrom bilanziell ausreichend
Da die maximale Stromausbeute bei Solaranlagen jedoch in die Sommermonate fällt, während der Strombedarf der Wärmepumpe in der Heizperiode am höchsten ist, ist eine vollständige Autarkie nur selten realistisch. Bezogen auf die Jahresbilanz ist es jedoch möglich, das Gerät vollkommen CO₂-neutral zu betreiben. Im Zusammenhang mit einer KfW-Förderung beim Haus-Neubau ist diese mögliche CO₂-Neutralität relevant.
Hinweis: Wärmepumpen eignen sich nicht nur für die Heizung, sie können auch das Klima im Haus regulieren. Gerade im Sommer, wenn die PV-Anlage viel Strom liefert, kann dieser zur Kühlung eingesetzt werden. Voraussetzung dafür ist der Einsatz von Flächenheizungen wie Fußboden- , Wand- oder sogenannten Gebläseheizungen.
Vorteile der Kombination Wärmepumpe und Photovoltaik
- Wärmepumpen sind optimal für die Kombination mit einer PV-Anlage.
- Mit Solarstrom können leicht 40 bis 50 % des Strombedarfs einer Heizungs-Wärmepumpe kostenlos gedeckt werden.
- Die Warmwasseraufbereitung erfolgt zentral, weitere Geräte sind nicht notwendig.
- Solar betrieben keine Nutzung fossiler Energieträger wie Öl oder Gas
- Kaum Emissionen
Komplettsysteme erhöhen Autarkiegrad
Um der Wärmepumpe möglichst oft überschüssigen Solarstrom zur Verfügung stellen zu können, empfiehlt sich die Steuerung der Wärmepumpe über ein intelligentes Energiemanagement wie unseren SOLARWATT Manager. So lassen sich Eigenverbrauch und Autarkiegrad deutlich erhöhen und damit auch die Unabhängigkeit vom Energieversorger.
Eine weitere Steigerung des Autarkiegrads der Wärmepumpe kann durch die Einbindung eines Stromspeichers in das System erreicht werden. Der Speicher ermöglicht die Versorgung des Haushalts und einzelner Komponenten wie einer Wärmepumpe oder einer Ladestation für Elektrofahrzeuge mit Solarstrom, auch wenn keine Sonne scheint.
Wie groß sollte die PV-Anlage bei Einsatz einer Wärmepumpe sein?
Der Strombedarf der Wärmepumpe ist von vielen Faktoren abhängig und liegt oft zwischen 3.000 kWh (Neubau oder gut saniert) und 10.000 kWh (große Bestandsgebäude). Für die korrekte Auslegung sollte geprüft werden, was mit der Wärmepumpe erreicht werden soll.
Eine gute und ökonomisch sinnvolle Möglichkeit besteht darin, die Größe der Wärmepumpe auf die Deckung von Warmwasser- und Heizungsbedarf in der Übergangszeit, also z.B. von April bis Oktober, auszulegen.
Faustformel Auslegung
Über den gesamten März produziert eine PV-Anlage ca. 5 % ihrer Jahresmenge an Solarstrom, auf den März entfallen aber ca. 6 % des gesamten Wärmebedarfs eines Einfamilienhauses (die Werte weichen von Region zu Region etwas ab). Damit kommt man zur Formel:
Empfohlene Leistung PV-Anlage
für den Betrieb einer Wärmepumpe
= Wärmepumpenstrombedarf *1,2 / 1000 Wh/kWp
Hinzu kommt der Haushaltstrombedarf mit der Faustformel:
Empfohlene Leistung PV-Anlage zur Deckung des Haushaltsbedarfs
= Haushaltsstrombedarf *1 / 1000 Wh/kWp
Empfohlene Gesamtleistung
= Leistung Wärmepumpe + Leistung Haushalt
Wird das PV-System um einen Speicher ergänzt, gilt sowohl für den Haushaltsstrom, als auch für die Wärmepumpe:
Mindestens 1 kWh Speicher pro 1000 kWh / Strombedarf
Diese Auslegung ermöglichen in Kombination mit einem Stromspeicher solare Deckungsanteile bzw. Autarkiegrade von 40% - 50%.
Einfluss der E-Mobilität
Da sich Strombedarf für E-Mobilität ähnlich gleichmäßig über das Jahr verteilt wie Haushaltstrom, kann dieser einfach auf den Haushaltsstrom aufaddiert werden.
Rechenbeispiel für die Dimensionierung von Wärmepumpe und PV-Anlage
Wärmepumpe, Bedarf an elektrischer Leistung: 6.000 kWh im Jahr
Bedarf Haushaltsstrom: 4.000 kWh im Jahr
PV-Anlage - mit 1 kWp Anlagenleistung lassen sich ca. 1.000 kWh pro Jahr erzeugen.
Empfohlene Leistung PV-Anlage zum Betrieb der Wärmepumpe
= 6.000 kWh *1,2 / 1000 kWh/kWp = 7,2 kWp
Empfohlene Leistung PV-Anlage zur Versorgung mit Haushaltstrom
= 4.000 kWh *1 / 1000 Wh/kWp = 4 kWp
Empfohlene Gesamtleistung
= 7,2 kWp + 4 kWp = 11,2 kWp
Speicher-Auslegung:
Speichergröße
= (6.000 kWh + 4.000 kWh) / 1 kWh/1000 kWh
= 10 kWh
Hier ist es sinnvoll, das nächstgrößere Angebot zu wählen, z.B. eine Battery flex mit 12 kWh.
Geschätzte Autarkie 45 – 50 %
Selbstverbrauchter Strom
= 5.000 kWh
Ersparnis beim Netzbezug (bei 33 ct/kWh)
= 1.650 €/a
Hinzu kommen die Einspeisevergütung für 6.200 kWh oder Fahrstrom für bis zu 31.000 km (bei 20 kWh/100km Stromverbrauch).
Dimensionierung Wärmespeicher
Neben der Wärmepumpe selbst muss auch der Wärmespeicher sinnvoll dimensioniert werden. Hier gilt, dass der Speicher genügend Wärme vorhalten muss, damit die Wärmepumpe anlaufen kann. Wie viel Liter Speichervolumen das konkret sind, hängt davon ab, ob zum Beispiel eine Fußbodenheizung betrieben wird oder Wandheizkörper zum Einsatz kommen. Betrachtet man allein die Warmwasserbereitung, haben sich 300l Brauchwasserspeichervolumen als sehr gute Größe erwiesen. Dieses Volumen genügt vollkommen, um eine 4-köpfige Familie mit Warmwasser zu versorgen und bietet ausreichend Spielraum, um solare Erträge zwischenzuspeichern.
Hinweis zur Leistung von Wärmepumpen
Wird über die Leistung einer Wärmepumpe gesprochen, ist darauf zu achten, ob es sich um die elektrische (Antriebs)Leistung oder um die thermische Leistung handelt. Letztere ist aufgrund des Wirkprinzips der Wärmepumpe immer deutlich größer als die elektrische Leistung.
Solar betriebene Wärmepumpe oder Solarthermie?
Da Photovoltaik und Solarthermie in Konkurrenz um knappe Dachflächen stehen, ist es sinnvoll, sich für eine der beiden Alternativen zu entscheiden. Die Solarthermie ist günstiger in der Anschaffung und die Umwandlung von Strom in Wärme mittels einer Wärmepumpe, bedeutet einen geringen Energieverlust.
Dennoch ist die Kombination von Photovoltaikanlage und Wärmepumpe der Solarthermie meist überlegen. Mit letzterer lässt sich ausschließlich Warmwasser oder Heizungswärme gewinnen, wohingegen der PV-Strom für die verschiedensten Zwecke im Haushalt eingesetzt werden kann. Auch kann die Wärmepumpe einfacher neu dimensioniert werden, wenn sich der Bedarf ändert.
Fazit
Unabhängig davon, ob es sich um einen Bestands- oder einen Neubau handelt:
Die Kombination von Wärmepumpe und PV-Anlage garantiert langfristig stabile Heizkosten. Sie ist die beste Lösung, um sich von aktuellen Entwicklungen auf dem Energiemarkt sowie von Gas- und Ölimporten unabhängig zu machen und sich vor starken Preissteigerungen zu schützen.
FAQs zum Thema Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe das ganze Jahr über – also auch im Winter – ausschließlich mit Strom aus einer Photovoltaikanlage zu betreiben, würde eine sehr große (nicht wirtschaftlich arbeitende) PV-Anlage erfordern. Sinnvoller ist es, die Photovoltaikanlage so auszulegen, dass sie die Wärmepumpe zum größten Teil während der Zeit von April bis Oktober versorgen kann.
Die Faustformel lautet hier:
Leistung der PV-Anlage = Strombedarf der Wärmepumpe × 1,2 ÷ 1000
Bei einem Strombedarf für die Wärmepumpe von 6.000 kWh im Jahr ergibt sich so eine empfohlene Leistung von 7,2 kWp für die PV-Anlage. Nicht vergessen werden sollte natürlich der Haushaltstrom: Pro 1.000 kWh Stromverbrauch im Jahr kommt ein weiteres Kilowatt-Peak Leistung hinzu.
Wie viel Strom eine Wärmepumpe verbraucht, ist unter anderem von der Größe der zu beheizenden Fläche, der Dämmung des Gebäudes und den vorhandenen Heizkörpern abhängig. Meist bewegt sich der Stromverbrauch für Familienhäuser zwischen 3.000 kWh im Jahr bei effizienten Neubauten oder sanierten Gebäuden und 10.000 kWh bei großen Bestandsgebäuden. Der Stromverbrauch lässt sich anhand des Wärmebedarfs für das Gebäude ermitteln und sollte bei der Planung einer Wärmepumpe immer individuell berechnet werden.
Auf lange Sicht lassen sich mit einer Wärmepumpe die Heizkosten senken. Teurer wird eine Wärmepumpe nur dann, wenn die Pumpe (zum Beispiel aufgrund schlechter Dämmung) nicht effizient arbeitet. Da eine Wärmepumpe mit Strom betrieben wird, spielen auch die Stromkosten für die Wirtschaftlichkeit eine Rolle. Aus ökonomischer Sicht am günstigsten ist der Betrieb einer Wärmepumpe mit selbst gewonnenem Strom aus einer Photovoltaikanlage.