Photovoltaik und Wärmepumpe

Umweltfreundliches Dream-Team: Photovoltaik und Wärmepumpe

Photovoltaik erzeugt sauberen Strom, die elektrische Wärmepumpe saubere Wärme. Das spricht für eine Kombination. Hier erfährst du, wie diese funktioniert und, ob sie sich lohnt.

Inhalt des Blogartikel

• Dürfen wir vorstellen: Photovoltaik und Wärmepumpe
• Seit 2021 ist Energie durch die CO2-Steuer teurer
• Kombination aus Photovoltaik und Wärmepumpe
• Anbindung der Wärmepumpe an die PV-Anlage
• Vorteil des vorrangigen Betriebs
• Photovoltaik und Wärmepumpe lohnen sich

Dürfen wir vorstellen: Photovoltaik und Wärmepumpe

Der wichtigste Bestandteil einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) sind die Solarzellen. Sobald sie mit Licht in Kontakt kommen, produzieren sie Strom. Natürlich reicht dafür eine Solarzelle nicht aus. Meist werden 36 oder 72 Solarzellen miteinander verschaltet und in einem PV-Modul untergebracht. Da die Anlage Gleichstrom produziert, brauchst du einen Wechselrichter, der diesen in Wechselstrom umwandelt und danach in das Stromnetz deines Hauses einspeist. Ende 2020 erzeugten in Deutschland 2 Millionen Photovoltaikanlagen sauberen Strom.

Die Elektro-Wärmepumpe erzeugt mit einem sehr hohen Anteil kostenloser Wärme aus der Luft, dem Erdreich oder Grundwasser sowie einem kleineren Anteil Strom für den Verdichter Wärme zum Heizen und zur Warmwasserbereitung. Im Schnitt benötigt die Wärmepumpe zum Heizen 75 Prozent Umweltwärme und 25 Prozent Strom. Es gibt auch Gas-Wärmepumpen. Im Jahr 2020 waren jedoch nur wenige 1.000 in Betrieb. Mit Ökostrom betrieben ist die Wärmepumpe nahezu klimaneutral. Laut dem Bundesverband Wärmepumpe e. V. wurden im Jahr 2020 in Deutschland 120.000 Heizungswärmepumpen installiert. Das entspricht im Vergleich zum Vorjahr einem Wachstum von 40 Prozent. Insgesamt sind in Deutschland knapp über 1 Million Wärmepumpen installiert.

Seit 2021 ist Energie durch die CO₂-Steuer teurer

Eigentlich handelt es sich bei der Kohlenstoffsteuer (CO₂-Steuer) um einen CO₂-Preis. Da er aber wie eine Art Energiesteuer erhoben wird, hat sich der Begriff CO₂-Steuer im Sprachgebrauch etabliert. Im Jahr 2021 beträgt die Steuer 25 Euro pro Tonne CO₂ und erhöht sich bis 2025 auf 50 Euro pro Tonne CO₂. Betroffen sind fossile Energieträger. Laut Deutschem Mieterbund können sich in einer durchschnittlichen Wohnung bereits 2021 die jährlichen Heizkosten um bis zu 125 Euro erhöhen. Um die CO₂-Steuer kommst du nur herum, wenn du Holz, Solarwärme oder eine Wärmepumpe einsetzt, um zu heizen und das Warmwasser zu bereiten. Bei den Kraftstoffen hilft nur der Umstieg auf Elektroautos oder Fahrzeuge mit Brennstoffzelle.

Kombination aus Photovoltaik und Wärmepumpe

Mit deinem selbst produzierten Solarstrom kannst du die Betriebskosten deiner Wärmepumpe spürbar senken. Die Vergütung für ins Netz eingespeisten Solarstrom ist inzwischen so gering, dass es wirtschaftlicher ist, möglichst viel der elektrischen Energie vom Dach selbst zu nutzen. Durch die Kombination Photovoltaik und Wärmepumpe erhöhst du also die Wirtschaftlichkeit deiner PV-Anlage und senkst zugleich deine Heizkosten. Damit das auch optimal funktioniert, solltest du folgende Rahmenbedingungen gut aufeinander abstimmen:

• Gebäudedämmung
• Leistung und Solarertrag der PV-Anlage
• Stromverbrauch der Wärmepumpe
• Wärmebedarf
• Wärmepumpenanbindung an die PV-Anlage
• Größe des Pufferspeichers
• Falls vorhanden, Speicherkapazität Stromspeicher

Je besser die Photovoltaikanlage und Wärmepumpe aufeinander abgestimmt sind, desto größer ist die Wirtschaftlichkeit dieser Kombination. Verfügt die Wärmepumpe über die bestmögliche Effizienz bzw. einen guten Wirkungsgrad, lässt sich der solare Stromanteil steigern. Von besonderer Bedeutung sind hierbei die Vorlauftemperatur und die Warmwassertemperatur im Pufferspeicher. Je niedriger die Vorlauftemperatur ist, umso weniger muss die Wärmepumpe laufen. Deinen Pufferspeicher kannst du deswegen indirekt auch als Speicher für den Solarstrom einsetzen, indem du bei Überschussstrom das Wasser über einen Heizstab aufheizt. Liegt die Wassertemperatur im Pufferspeicher über der für die Wärmepumpe erforderlichen Vorlauftemperatur, kann diese solange ausgeschaltet bleiben.

In der Regel liegt der Eigenstromanteil einer PV-Anlage – je nach Leistungsgröße – durchschnittlich bei 30 Prozent des Solarstroms. Durch die Kombination Photovoltaikanlage und Wärmepumpe kannst du deinen Eigenverbrauch auf etwa 50 Prozent erhöhen. Entscheidest du dich für ein intelligent gesteuertes System aus Photovoltaikanlage, Wärmepumpe und Stromspeicher, erreichst du sogar einen Eigenverbrauch von bis zu 80 Prozent. Hier ist der Autarkiegrad sehr hoch, allerdings gilt dies durch den Solarstromspeicher auch für die Anschaffungskosten.

Anbindung der Wärmepumpe an die PV-Anlage

Damit deine Wärmepumpe reagieren kann, sobald ein Solarstromüberschuss vorhanden ist, müssen Photovoltaikanlage und Wärmepumpe in der Lage sein, miteinander zu kommunizieren. Meist dient als Wärmepumpenschnittstelle ein SG-Ready-Eingang (SG steht für Smart Grid). Welche Wärmepumpen mit einem SG-Ready-Label ausgestattet sind und somit über einen entsprechenden Anschluss verfügen, kannst du einer Datenbank auf der Website des Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP) entnehmen.

Steuerung über den Wechselrichter

Du kannst die Schnittstelle auf verschiedenen Wegen ansteuern. Am einfachsten ist es, die Wärmepumpe über eine Leitung direkt mit dem Wechselrichter zu verbinden. Die meisten Wechselrichter verfügen über ein Relais mit potentialfreien Kontakten. Immer wenn eine bestimmte Photovoltaik-Leistung erzeugt wird, schaltet dieses Relais. Den gewünschten Wert kannst du ganz individuell einstellen. Du solltest ihn jedoch nicht ausschließlich auf die elektrische Anschlussleistung der Wärmepumpe einstellen, sondern auch die Anschlussleistung der anderen Stromverbraucher im Haus wie:

•  Kühlschrank,
• Spülmaschine,
• Waschmaschine oder
• Geräte im Stand-By-Betrieb berücksichtigen.

Hat die Wärmepumpe beispielsweise eine Anschlussleistung von 2.000 Watt, erhöhst du den Wert auf 2.500 Watt. Der Wechselrichter steuert den SG-Ready-Eingang erst an, wenn exakt diese Leistung erzeugt wird. Dadurch versorgst du die Wärmepumpe mit Solarstrom, wenn auch ausreichend Überschussstrom vorhanden ist.

Steuerung über Smart Meter

Eine weitere Möglichkeit ist die Ansteuerung der Wärmepumpe über ein Smart Meter. Das ist ein intelligentes Messsystem, das aus einem digitalen Stromzähler und einer Kommunikationseinheit besteht. Laut Gesetz muss dein Haushalt seit Januar 2020 ein Smart Meter installieren, wenn einer der folgenden Punkte zutrifft:

• dein Haushalt verbraucht mehr als 6.000 Kilowattstunden Strom im Jahr
• du hast eine Energieerzeugungsanlage (beispielsweise Photovoltaikanlage) mit einer Leistung von 7 bis 100 Kilowatt
• du betreibst eine steuerbare Verbrauchseinheit wie eine Wärmepumpe.

Auch hier stellst du die elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe ein und legst damit fest, wann die Wärmepumpe mit Solarstrom versorgt werden soll. Der Vorteil intelligenter Stromzähler ist, dass sie nicht die Solarstromproduktion messen, sondern nur den Überschuss – nachdem alle anderen Verbraucher wie Herd oder Waschmaschine bereits versorgt sind.

Energiemanagementsystem

Eine weitere Variante ist die Kommunikation über ein Energiemanagementsystem. Das zeigt dir nicht nur die Energieflüsse, sondern hilft dir auch dabei, deinen Photovoltaik-Eigenverbrauch zu steigern. Mit einem Energie-Manager-Portal kannst du alle Daten des Energiemanagementsystems online auf deinem Smartphone, Tablet oder PC anschauen.

Du kannst einzelne Stromverbraucher wie die Waschmaschine und den Trockner inklusive Betriebsverhalten hinterlegen und über Funksteckdosen einschalten. Durch den Internetanschluss ist das Managementsystem in der Lage, anhand des Wetterberichts Ertragsprognosen für die Photovoltaikanlage zu erstellen. So kann es berechnen, welcher Verbraucher zu welchem Zeitpunkt einzuschalten ist. Du kannst mittels App auch Einstellungen vornehmen. Großverbraucher wie Wärmepumpen, aber auch Elektroautos, lassen sich ebenfalls einbinden. Sie informieren das Managementsystem dann beispielsweise darüber, mit welchem Leistungsverlauf zu rechnen ist.

Vorteil des vorrangigen Betriebs

Haushaltsgeräte, die Wärmepumpe oder das Elektrofahrzeug schalten sich erst dann automatisch ein, wenn auch ausreichend Solarstrom zur Verfügung steht. Falls du dir einen Stromspeicher geleistet hast, kannst du den übrigen Solarstrom hier speichern. Sollte dieser vollständig geladen sein und es ist immer noch ein Solarstromüberschuss vorhanden, kannst du diesen über die Wärmepumpe als thermische Energie im Wasserspeicher bevorraten. Ist dann immer noch Solarstrom übrig, speist du diesen in das öffentliche Stromnetz ein. Durch den vorrangigen Betrieb verschlechtert sich die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe geringfügig. Das hängt damit zusammen, dass höhere Temperaturen erzeugt werden müssen, um im Pufferspeicher ausreichend Wärme speichern zu können. Dazu benötigst du natürlich auch mehr Strom. Da die PV-Anlage aber den erhöhten Strombedarf deckt, verbessert sich im Gegenzug die Wirtschaftlichkeit.

Photovoltaik und Wärmepumpe lohnen sich

Richtig dimensioniert und optimal aufeinander abgestimmt steht einem wirtschaftlichen Betrieb nichts im Wege. Da du mit der Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaik deine Energieversorgung zu einem großen Teil auf erneuerbare Energien umstellst, leistest du einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit in der Energieversorgung. Deine Sole-Wasser-Wärmepumpe, Luft-Wasser-Wärmepumpe oder Wasser-Wasser-Wärmepumpe liefert dir dank des Solarstroms umweltfreundliche Wärme für dein Haus und sorgt für eine sehr gute Ökobilanz.