Wärmepumpe mit Photovoltaik kombinieren

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Wärmepumpe mit Photovoltaik kombinieren: Dass müssen Sie wissen

Die Kombination von Wärmepumpen und Photovoltaik bietet sich als hervorragende und besonders umweltfreundliche Lösung an.

Das Traumpaar: Wärmepumpe und Solarstrom
Das Traumpaar: Wärmepumpe und Solarstrom

Eine Wärmepumpe benötigt elektrische Energie, um die vorhandene Umweltwärme auf eine höhere Temperatur zu „pumpen“. Ein Teil dieser Energie kann durch die eigene Photovoltaik-Anlage produziert werden.

Vorteile bei der Kombination Wärmepumpe – Photovoltaik

Die Betriebskosten von Wärmepumpen können durch die Nutzung des selbst produzierten Solarstroms erheblich gesenkt werden. Die Nutzung des Solarstroms ist umso wirtschaftlicher, als es inzwischen immer sinnvoller ist, die mit der Photovoltaik selbst produzierte elektrische Energie auch selbst zu nutzen als ins Netz einzuspeisen. Damit werden also die Heizkosten für das Haus niedriger. Gleichzeitig steigt durch mehr Eigennutzung die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlage. Wie viel des Solarstroms tatsächlich genutzt werden kann, hängt von vielen Faktoren ab, unter anderem:

  • Größe der PV-Anlage
  • Ertrag der PV-Anlage
  • Wärmebedarf
  • Dämmung des Hauses
  • Anbindung der Wärmepumpe an die Photovoltaikanlage
  • Größe des vorhandenen Pufferspeichers
  • Ist ein Stromspeicher vorhanden ja oder nein
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Stellhebel für die Optimierung der Kombination Wärmepumpe – Photovoltaik

Entsprechend der oben genannten Kriterien für die Wirtschaftlichkeit finden sich hier auch die Stellhebel, mit deren Hilfe die Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaikanlage optimiert werden kann. Je besser die Wärmepumpe und die Photovoltaikanlage aufeinander abgestimmt sind, umso wirtschaftlicher wird die Kombination.

Ist die Wärmepumpe möglichst effizient, kann auch der Anteil an Solarstrom gesteigert werden. Hier spielen sowohl die Vorlauftemperatur als auch die Temperatur im Pufferspeicher eine entscheidende Rolle.

Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto weniger muss die Wärmepumpe arbeiten.

Ein Pufferspeicher kann gleichzeitig als Speicher für die Solarenergie dienen. Wird hier die Wassertemperatur bei verfügbarem Solarstrom möglichst hoch aufgeheizt, kann die Wärmepumpe ausgeschaltet bleiben, solange die Temperatur im Pufferspeicher höher ist als die Vorlauftemperatur.

Ist die Temperatur im Pufferspeicher hoch genug kann die Wärmepumpe pausieren
Ist die Temperatur im Pufferspeicher hoch genug kann die Wärmepumpe pausieren

Ein weiterer Faktor ist die Größe der Wärmepumpe. Im Zweifel sollte eher eine kleinere Wärmepumpe gewählt werden, wenn etwa die berechnete Heizlast zwischen zwei Modellen bzw. Leistungen liegt. Die maximale Heizlast wird eher selten notwendig und wenn dann nachts. Eine kleinere Wärmepumpe hat aber einen höheren Deckungsanteil durch die Photovoltaik.

Exkurs – Optimales Zusammenspiel Wärmepumpe, Photovoltaik und Speicher

Nach dem Überblick oben soll nun hier ausführlich darauf eingegangen werden, wie das System von Wärmepumpe, Photovoltaik und Speicher so optimiert werden kann, dass das jeweilige Haus möglichst umweltfreundlich, kostengünstig und so autark wie möglich mit Strom, Wärme und warmem Wasser versorgt wird.

Bei der Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaik taucht das alte Problem der Verfügbarkeit des Solarstroms wieder auf: Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage ist genau dann vorhanden, wenn der Wärmebedarf im Haus nicht so groß ist und die Wärmepumpe auch eher weniger Strom verbraucht. Ein deutliches Beispiel sind etwa Wäschetrockner, die ja eher dann zum Einsatz kommen, wenn keine Sonne scheint, die die Wäsche ansonsten direkt trocknen könnte.

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

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, Wärmepumpen und Photovoltaik Anlagen zu kombinieren.

1. Anbindung über SG-Ready – Als Schnittstelle für die intelligente Steuerung von PV-Anlage und Wärmepumpe dient der SG-Ready Eingang an der Wärmepumpe. Die Abkürzung SG steht für Smart Grid, also intelligentes Stromnetz. Bei SG-Ready handelt es sich um einen Standard bzw. ein Label, das Wärmepumpenhersteller beantragen können. Technisch gesehen geht es um eine schwellwertbasierte Lösung, die die Ansteuerung der Wärmepumpe ermöglicht. Immer, wenn die PV-Anlage also mehr Strom produziert als gerade benötigt wird, erhält die Wärmepumpe ein Signal. Dann kann die Wärmepumpe etwa durch Aufheizen des Warmwasserspeichers den eigen produzierten Solarstrom nutzen und als Wärme speichern. Das Signal kann entweder vom Wechselrichter kommen oder über einen Smart-Meter, also einen intelligenten Stromzähler. Die Lösung ist relativ einfach umzusetzen.

2. Intelligentes Energiemanagementsystem Außerdem ist die Anbindung von PV-Anlage und Wärmepumpe sowie weiteren Verbrauchern (z.B. ein Elektrofahrzeug, aber auch Haushaltsgeräte wie Waschmaschine, Geschirrspüler oder Trockner) und Stromspeichern selbstverständlich über ein intelligentes Energiemanagement oder die Hausautomatisierung möglich. Dies sind allerdings aufwendigere Lösungen, die eine entsprechende Infrastruktur im Haus verlangen. Am Markt gibt es hier vielfältige Lösungen. Dabei sorgt eine entsprechende Software für die gezielte Steuerung. Der Verbrauch des eigenen Solarstroms aus der Photovoltaik-Anlage wird dann so an den Tagesverlauf und den verfügbaren Solarstrom angepasst, dass der Stromverbrauch soweit wie möglich durch eigenen Solarstrom und nicht durch Strom aus dem Netz gedeckt wird. Dies kann je nach Netz automatisiert erfolgen aber auch durch die Nutzer mithilfe einer App je nach Bedarf gesteuert werden. Außerdem sind diese intelligenten Systeme lernfähig und können zum Beispiel Spül- und Waschmaschine dann einschalten, wenn gerade keine Verbrauchsspitzen zu erwarten sind. Das gilt natürlich auch für Wallboxen oder das Laden des Elektrofahrzeugs über Steckdose.

Im Prinzip erfolgt die Steuerung also in folgenden Schritten:

  1. Schritt 1: Versorgung der Verbraucher im Haus mit Solarstrom. Dabei werden z.B. Haushaltsgeräte, Wärmepumpe oder Elektrofahrzeug dann eingeschaltet, wenn genügend Solarstrom vorhanden ist.
  2. Schritt 2: Ist ein Stromspeicher vorhanden, wird der restliche, gerade nicht benötigte Solarstrom im Stromspeicher gespeichert.
  3. Schritt 3: Ist der Stromspeicher auch voll geladen, kann der Solarstrom mithilfe der Wärmepumpe als thermische Energie im Wasserspeicher gespeichert werden. Dabei stellt quasi das Brauchwasser oder auch das Heizungswasser den thermischen Speicher dar.
  4. Schritt 4: Wird nach Bedienen der oben genannten „Hierarchie“ kein Strom benötigt, dann und erst dann wird der Solarstrom ins Netz eingespeist.
Ein intelligentes System sorgt für maximalen Eigenverbrauch
Photovoltaik und Wärmepumpe clever kombinieren: Ein intelligentes System sorgt für maximalen Eigenverbrauch

Fazit

Die Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaik bietet also eine nachhaltige und sehr effiziente Möglichkeit, beide Systeme zu optimieren.

Es gibt Messungen, die zeigen, dass eine deutliche Steigerung des Eigenverbrauchs durch die intelligente Kombination der Komponenten Photovoltaik, Wärmepumpe, Energiespeicher (sei es Stromspeicher oder Pufferspeicher) erreicht werden kann.

Mit einer „normalen“ Photovoltaikanlage können durchschnittlich 30 % des Solarstroms selbst verbraucht werden, wenn keine intelligente Steuerung erfolgt, allerdings in Abhängigkeit von der Größe der Photovoltaikanlage. Je größer die Leistung der Anlage, umso geringer ist der durchschnittlich selbst genutzte Anteil.

Wird die Photovoltaikanlage darüber hinaus mit einer Wärmepumpe kombiniert, so kann der eigen genutzte Anteil auf rund 50 % des produzierten Solarstroms gesteigert werden.

Bei dem optimalen, intelligent gesteuerten System, das aus den Komponenten Photovoltaikanlage, Wärmepumpe und Speicher besteht, ist durchaus ein Eigenverbrauch von 80 % zu erreichen. Es handelt sich also um ein Energiesystem, das einen sehr hohen Autarkieanteil bietet und damit die Wirtschaftlichkeit aller Komponenten steigert.

Wird die Wärmepumpe mit Solarstrom betrieben freut sich die Umwelt
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