Wärmepumpe und Photovoltaik kombinieren

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Sowohl Wärmepumpen als auch Solaranlagen werden bei Hausbauern immer beliebter. Angesichts steigender Energiepreise und sinkender Anschaffungskosten für Photovoltaik-Anlagen ist das kein Wunder. Die beiden Technologien lassen sich auch kombinieren, um mit dem Strom aus der Solaranlage die Wärmepumpe zu betreiben. Wir zeigen, für wen sich diese Kombination lohnt.

Die Wärmepumpe – Funktionsprinzip

Die Art und Weise, wie Wärmepumpen arbeiten, lässt sich in etwa mit der von Kühlschränken oder Klimaanlagen vergleichen. Ein Kompressor wälzt ein Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf um, wobei es auf einer Seite der Anlage unter Abkühlung verdampft und auf der anderen Seite kondensiert und die aufgenommene Wärme wieder abgibt. Während man sich bei Klimaanlagen und Kühlschränken die erzeugte Kälte zunutze macht, wird bei der Wärmepumpen-Heizung die entstehende „Abwärme“ genutzt. Der Kompressor wird in der Regel mit Strom betrieben, der zwar teurer ist als andere Heizenergiequellen. Allerdings wird weitaus mehr Wärmeenergie gewonnen, als der Kompressor an elektrischer Energie verbraucht.

Einsatzbereiche

Alle Wärmepumpen haben gemein, dass sie umso effizienter sind, je höher die Temperatur des Mediums ist, aus dem sie ihre Wärme beziehen. Grundwasser- und Erdwärmepumpen haben deswegen eine höhere Effizienz als Luftwärmepumpen. Letztere müssen nämlich besonders dann viel arbeiten, wenn die Umgebungsluft, aus der sie ihre Energie beziehen, besonders kalt ist. Nichtsdestotrotz kann sich auch dieser Typ rechnen, da er in der Anschaffung und Installation bedeutend weniger kostet als Erd- oder Grundwasserwärmepumpen. In der Regel dient eine das System zur Beheizung des Hauses, kann aber auch die Warmwasserbereitung mit übernehmen. Außerdem gibt es spezielle Warmwasser-Systeme auf dem Markt. Diese gewinnen die Energie oft nicht aus der Umgebung, sondern aus unbewohnten Räumen (z. B. dem Keller). Da diese Räume auch im Winter vergleichsweise warm sind, gibt es keine Probleme mit sinkender Effizienz.

Aufgrund ihres hohen Stromverbrauchs werden Wärmepumpen oft an einem separaten Zähler mit einem vergünstigten Stromtarif betrieben. Dieser setzt allerdings voraus, dass Ihre Anlage mit einem Rundsteuergerät in Spitzenlastzeiten abgeschaltet werden kann. Dadurch schützt sich der Netzbetreiber vor Überlastungen und honoriert das im Gegenzug mit einem günstigeren Tarif. Allerdings gleichen sich diese Tarife dem Normaltarif für Haushaltsstrom immer mehr an.

Mit der Photovoltaik-Anlage kombiniert

Neben dem Einsatz von Wärmepumpen zur Kosteneinsparung wird auch die Nutzung der Solarenergie zur Stromgewinnung immer populärer. Früher lockte der Gesetzgeber mit attraktiven Eigenverbrauchs- und Einspeisevergütungen, die inzwischen jedoch für Neuanlagen spürbar gesenkt bzw. im Fall der Eigenverbrauchsvergütung ganz gestrichen wurden. Allerdings sind gleichzeitig die Kosten für eine Solaranlage gefallen, sodass sich die Installation immer noch lohnt. Gleichzeitig wird es durch die sinkende Einspeisevergütung immer rentabler, den durch Photovoltaik erzeugten Strom selbst zu verbrauchen. Die Wärmepumpe ist dabei ein idealer Abnehmer für Solarenergie, da sie verhältnismäßig viel Strom verbraucht und mit einer konstanten Leistung läuft. Außerdem kann sie immer dann eingeschaltet werden, wenn die Solaranlage gerade besonders viel Strom erzeugt. Die in diesem Zeitraum gewonnene Wärme lässt sich schließlich zwischenspeichern.

Wann ist die Kombination nicht rentabel?

Um mit selbst erzeugtem Strom aus der Solaranlage betrieben zu werden, muss die Wärmepumpe fast immer vom günstigen Heizstrom getrennt und an den normalen Hausstromkreis angeschlossen werden. Die größte Schwierigkeit dabei ist, dass Photovoltaik-Anlagen im Winter deutlich weniger Strom erzeugen, der Heizbedarf in dieser Zeit aber besonders hoch ist. Einige Typen (vor allem die Luftwärmepumpe) sind bei niedriger Umgebungstemperatur zudem am wenigsten effizient. Bei der Kombination von Wärmepumpenheizung und Photovoltaik-Anlage muss deswegen immer darauf geachtet werden, dass die Pumpe auch in der kalten Jahreszeit ausreichend mit Energie versorgt werden kann und dabei noch Leistung für die restlichen Haushaltsgeräte übrig bleibt. Ansonsten wird diese Kombination durch den Verzicht auf den billigeren Wärmepumpenstrom ungünstig.

Funktionsweise von Kombisystemen

Um den Verbrauch von teurem Haushaltsstrom beim Pumpenbetrieb zu vermeiden, sollte letztere nur dann eingeschaltet werden, wenn die Solaranlage genug Leistung für alle eingeschalteten Verbraucher und die Pumpe liefern kann. Im einfachsten Fall wird dazu im Voraus die typische Leistungsaufnahme der Elektrogeräte im Haushalt gemessen und zum Verbrauch addiert. Immer dann, wenn die Leistung der Solaranlage über diesen Wert steigt, wird die Wärmepumpenheizung eingeschaltet. Mit einem solchen System können über das ganze Jahr gerechnet etwa 30 Prozent des Wärmepumpenverbrauchs durch Solarenergie gedeckt werden.

Intelligente Energiemanagementsysteme

Noch effizienter sind intelligente Energiemanagementsysteme, die je nach Hersteller mit unterschiedlichen Prinzipien arbeiten. Oft kommen mehr oder weniger ausgefeilte Algorithmen zum Einsatz, die den typischen Verlauf des Heizbedarfs und Stromverbrauchs über bestimmte Zeiträume (z. B. Tages- und Jahreszeiten) auswerten und den Einschaltzeitpunkt der Wärmepumpe berechnen. In der Regel sind diese noch weiter konfigurierbar, z. B. durch Einstellung des Jahresstromverbrauchs und der Ausrichtung der Photovoltaik-Anlage.

Andere Systeme versuchen, besonders viel Wärme zwischenzuspeichern, indem sie z. B. die Temperatur im Speicher erhöhen oder das Gebäude um einige Grad höher als normal aufheizen. Mit solchen ausgeklügelten Anlagen lassen sich bis zu 50% des Energieverbrauchs der Wärmepumpe durch die Photovoltaik-Anlage decken.

Warmwasserwärmepumpen und Photovoltaik-System

Von allen Wärmepumpentypen werden Warmwasserwärmepumpen am häufigsten mit Photovoltaik-Systemen kombiniert. Dies liegt vor allem daran, dass die Warmwasserbereitung deutlich weniger Energie verbraucht als das Heizen. Dadurch lassen sich auch kleinere Solaranlagen zum Betrieb nutzen, ohne ständig Strom zum normalen Haushaltstarif verbrauchen zu müssen.

Außerdem steigt der Warmwasserverbrauch im Winter, wenn die Photovoltaik-Anlage besonders wenig Leistung liefert, bei Weitem nicht so stark wie die benötigte Heizleistung. In der Regel arbeiten die Wärmepumpen bei niedrigen Außentemperaturen auch nicht weniger effizient als sonst, da sie die Wärme nicht aus der Außenluft beziehen.

Es spricht allerdings nichts dagegen, auch eine Wärmepumpenheizung mit Solarenergie zu betreiben. In diesem Bereich werden inzwischen hocheffiziente Kombinationslösungen angeboten, die den Verzicht auf den günstigeren Tarif attraktiv machen können.

Für wen lohnt sich die Verbindung?

Grundsätzlich lässt sich sagen, dass die Nutzung von Solarenergie zum Betrieb der Wärmepumpe besonders dann rentabel wird, wenn die Solaranlage relativ leistungsstark ist. Je höher die Nennleistung der Anlage, desto größer die Wahrscheinlichkeit, dass sie auch in den kritischen Wintermonaten genug Strom für den Betrieb bereitstellen kann. Allerdings ist zu beachten, dass die EEG-Reform 2014 hier zu erheblichen Einschnitten führte. Die Regelung, dass bei Anlagen ab 10 kW Spitzenleistung mindestens 10% des Stroms selbst verbraucht werden mussten, da für sie keine Einspeisevergütung gezahlt wurde, wurde abgeschafft. Gleichzeitig müssen Besitzer von Photovoltaik-Anlagen nun eine anteilige EEG-Umlage für den selbst verbrauchten Strom zahlen. Davon ausgenommen sind die ersten 10.000 kWh selbst verbrauchten Stroms im Jahr bei Anlagen mit weniger als 10 kW Spitzenleistung. Diese Gesetzesänderung machte den Eigenverbrauch vor allem bei größeren Anlagen unattraktiver.

Wie kann ich die Rentabilität errechnen?

Um zu ermitteln, ob sich die Nutzung von Solarenergie zum Betrieb der Wärmepumpenheizung lohnt, müssen für beide Fälle (Betrieb getrennt oder verbunden) jeweils die Einnahmen aus der Einspeisevergütung und die Ausgaben für den Betrieb der Pumpe verglichen werden.

Beim getrennten Betrieb nimmt man für die gesamte Leistung der Photovoltaik-Anlage (abzüglich des Eigenverbrauchs) die Einspeisevergütung ein und die Wärmepumpenheizung wird mit Strom nach Wärmepumpentarif betrieben. Werden die beiden Anlagen verbunden, bekommt man nur noch für den nicht durch die Wärmepumpe verbrauchten Strom die Einspeisevergütung, letztere wird dann anteilig mit Strom nach Normaltarif und anteilig mit kostenloser Energie aus Eigenerzeugung betrieben (ggf. muss noch die EEG-Umlage einkalkuliert werden).

Auch die Kosten für die Verbindung (z. B. die Steuergeräte oder der Mehrpreis des Kombisystems im Vergleich zu getrennten Lösungen) müssen berücksichtigt werden.

Es ist zu empfehlen, sich zu diesem Thema von Fachleuten beraten zu lassen. Diese können ermitteln, welcher Anteil vom Strombedarf durch die Photovoltaik-Anlage gedeckt werden kann und welche Technologie für die Verbindung am wirtschaftlichsten ist. Im besten Fall könnte sich sogar eine Möglichkeit finden lassen, den Wärmepumpentarif weiter zu nutzen. Auf diese Weise wäre der Hauptnachteil von Kombinationslösungen – der Zwang zur Nutzung von Haushaltsstrom bei Mangel an Solarenergie – ausgeräumt und die Verbindung der Anlagen fast immer rentabel.