Wärmepumpe, Photovoltaik und Speicher kombinieren – wie geht das?

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Sie möchten nicht nur ein bisschen umweltfreundlicher und autarker werden, sondern komplett aussteigen aus den fossilen Energien? Dann sollten Sie eine Wärmepumpe mit Photovoltaik und Speicher kombinieren: Die Wärmepumpe versorgt Ihr Haus mit Warmwasser und Heizenergie, die Photovoltaik-Anlage liefert den Strom – u. a. für die Wärmepumpe –, der Pufferspeicher hält das Wasser warm, wenn es gerade nicht gebraucht wird, und der Stromspeicher ermöglicht den Stromverbrauch in sonnenarmen Zeiten.

Wozu braucht die Wärmepumpe Strom?

Mithilfe elektrischer Energie verdichtet die Wärmepumpe den Energieträger, wodurch dessen Temperatur steigt. Erst dadurch können Warmwasser und Heizung ausreichend erhitzt werden. Durch eine selbst genutzte Photovoltaik-Anlage sinken die Kosten für den Betrieb der Wärmepumpe erheblich.

Übrigens: Die Anschaffung einer Photovoltaik-Anlage können Sie sich staatlich fördern lassen.

Kann ich nicht einfach grünen Strom kaufen, statt ihn selbst zu produzieren?

Das geht natürlich – allerdings bleiben Sie dann abhängig vom Energiemarkt und von der Versorgungsfähigkeit Ihres Vertragspartners. Steigen die Energiepreise am Markt oder kommt es zu Versorgungsengpässen oder sogar -ausfällen, stehen Sie mit einer eigenen Photovoltaik-Anlage sicherer da. Mit einer Kilowattstunde Solarstrom gewinnen Sie im besten Fall vier Kilowattstunden thermische Energie aus der Wärmepumpe.

Um völlig netzunabhängig zu werden, müssen Sie die Möglichkeit der Energiespeicherung schaffen – nur so können Sie sich auch in sonnenarmen Zeiten versorgen. Ob Ihre Photovoltaik-Anlage ausreicht, um das Ziel der Autarkie zu erreichen, ist abhängig von folgenden Kriterien:

  • Größe und Ertrag der Photovoltaik-Anlage

  • individueller Wärmebedarf Ihres Haushalts

  • Dämmung Ihres Hauses

  • Abstimmung von Photovoltaik-Anlage, Wärmepumpe und Speicher aufeinander

  • Leistungsfähigkeit des Pufferspeichers

  • Leistungsfähigkeit des Stromspeichers 

Können die Voraussetzungen für eine vollständige Autarkie nicht geschaffen werden, lohnt sich jedoch auch das Erreichen eines Teilziels. Nicht nur aus finanzieller und umwelttechnischer Sicht.

Welche Kennzahlen sind wichtig für eine besonders effiziente Kombi von Wärmepumpe, Photovoltaik und Speicher?

Wärmepumpe und Photovoltaik-Anlage sollten gut aufeinander abgestimmt werden. Wichtig sind hier die folgenden Kennzahlen:

Gesamtenergieverbrauch: Dieser sollte natürlich möglichst gering sein. Insofern sollte die Wärmepumpe effizient sein und vor allem nicht überdimensioniert. Denn wozu wollen Sie Wärme erzeugen, die Sie gar nicht benötigen?

Eigenverbrauchsquote der PV-Anlage: Diese sollte möglichst hoch sein, da es sich finanziell nicht mehr lohnt, Strom ins Netz einzuspeisen. Aber Achtung: Wenn der Gesamtenergieverbrauch höher ist, steigt natürlich auch die Möglichkeit, den selbst erzeugten Strom zu nutzen. Eine hohe Eigenverbrauchsquote allein macht also noch kein effizientes System. Wichtig ist es, den Gesamtenergieverbrauch in Bezug zu setzen und in sonnenreichen, aber verbrauchsarmen Zeiten die erzeugte Solarenergie zu speichern.

Netzbezug: Erzeugt Ihre Photovoltaik-Anlage in sonnenarmen Zeiten zu wenig Strom für Ihren Bedarf, müssen Sie die Differenz aus dem Netz beziehen. Es sei denn, Sie haben entsprechend abgestimmte Speicher kombiniert. Der Netzbezug soll natürlich möglichst gering ausfallen, denn er verursacht Kosten und macht Sie abhängig.

Autarkiegrad: Dieser Wert errechnet sich aus dem Verhältnis von Eigenverbrauch und Netzbezug: Je höher der Anteil am Gesamtenergieverbrauch ist, den Sie aus dem Netz beziehen, desto geringer Ihr Autarkiegrad. Auch hier sind ein niedriger Gesamtverbrauch und sinnvoll abgestimmte Speicher der Schlüssel zur Effizienz.

Für eine effiziente Kombination aus Wärmepumpe, Photovoltaik und Speicher sind die Vorlauftemperatur und die Temperatur im Pufferspeicher entscheidend. Mit der Vorlauftemperatur wird jene Gradzahl bezeichnet, die das Heizungswasser haben muss, bevor es in den Heizkreislauf gepumpt wird.

Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto weniger muss die Wärmepumpe arbeiten. Deshalb bietet sich eine Wärmepumpe vor allem für Flächenheizungen in Neubauten an, deren Heizbedarf aufgrund der guten Dämmung gering ist. Ist die Temperatur im Pufferspeicher höher als die Vorlauftemperatur, kann die Wärmepumpe ausgeschaltet bleiben. Deshalb ist es sinnvoll, dem Pufferspeicher Solarenergie von der Photovoltaik-Anlage zuzuführen.

Tipp: Wenn Sie bei der Errechnung der optimalen Wärmepumpengröße für Ihr Haus zwischen zwei Modellen landen, wählen Sie das kleinere. Die maximale Heizlast wird selten benötigt – und wenn dann meist nachts. Da liegen Sie warm eingekuschelt in Ihrem Bett und duschen wollen Sie dann auch nicht.

Welche Varianten gibt es, Wärmepumpe mit Photovoltaik und Speicher zu kombinieren?

Intelligente Ansteuerung der Wärmepumpe

Mit einer SG-Ready-Schnittstelle können Photovoltaik-Anlage und Wärmepumpe intelligent gesteuert werden. Dieses Label besagt, dass die Wärmepumpe immer dann automatisiert in Gang gesetzt werden kann, wenn die Photovoltaik-Anlage mehr Strom produziert, als gerade benötigt wird. Die Wärmepumpe heizt dann z. B. den Pufferspeicher auf für verbrauchsintensivere und solarärmere Zeiten.

Smart Home

Noch einen Schritt weiter geht das intelligente Energiemanagement über Smart-Home-Schnittstellen. Hier können nicht nur PV-Anlage und Wärmepumpe aufeinander abgestimmt, sondern auch weitere Geräte integriert werden wie z. B. die Wallbox fürs E-Auto oder energieintensive Geräte wie Waschmaschine, Geschirrspüler oder Trockner.

Automatisiert oder per App gesteuert können dann Energieverbrauch und Energieerzeugung bestmöglich aufeinander abgestimmt werden, indem z. B. Spül- und Waschmaschine in energiereichen Zeiten automatisiert eingeschaltet werden. Was dann noch übrig bleibt an Energie, fließt in die Speichersysteme – und erst wenn die voll sind, ins Netz. Dafür sorgt eine in der Software eingestellte Hierarchie, sodass zuerst die Systeme mit Energie beliefert werden, die unbedingt notwendig sind.

Wärmepumpe mit Photovoltaik und Speicher zu kombinieren kann einen Eigennutzungsgrad von 80 Prozent erzielen. So lohnt sich die Photovoltaik-Anlage zur Wärmepumpe.

Pufferspeicher oder Stromspeicher – oder beides?

Diese Frage muss abhängig von der Leistungsfähigkeit der Photovoltaik-Anlage beantwortet werden und lässt sich nicht pauschal entscheiden. Generell gilt: Je mehr Strom die Photovoltaik-Anlage liefert, desto sinnvoller ist es, leistungsfähige Speichersysteme zu nutzen – ggf. eben die Kombination aus Puffer- und Stromspeicher. Entscheidend ist auch hier wieder die Abstimmung der Komponenten aufeinander.

Von den Anschaffungskosten her sind thermisch arbeitende Pufferspeicher wesentlich günstiger und auch ihre Umweltbilanz über den gesamten Lebenszyklus ist besser als die von Stromspeichern – bei gleicher Leistungsfähigkeit.

Thermische Speicher für die Zwischenspeicherung

Thermisch sollte nur gespeichert werden, wenn die Wärme in absehbarer Zeit verbraucht wird, weil der Wärmeverlust des Speichers sonst zu hoch ist. Meint: Warmwasser im Pufferspeicher im Sommer zu speichern für den Verbrauch im Winter ergibt wenig Sinn. Wer die Solarenergie auch für den Haushaltsstrom speichern möchte, der kommt mit einem thermischen Speicher natürlich nicht weiter, sondern benötigt einen Batteriespeicher.

Zykluseffizienz statt maximalen Wirkungsgrads bei Stromspeichern

Batteriespeicher sind oft wesentlich weniger effizient als erwartet – der Grund: Umwandlungsverluste des Batteriewechselrichters und Eigenverbrauch der Komponenten sowie Standby-Verbrauch. Die Systemeffizienz eines Stromspeichers sollte daher trotz Berücksichtigung des Standby-Verbrauches über 80 Prozent liegen.

Kosten-Nutzen-Effizienz über das Tagesspeicher-Prinzip

Wenn Sie den Pufferspeicher so dimensionieren, dass er das Warmwasser vorhält, das durchschnittlich an einem Tag verbraucht wird, sowie einen Stromspeicher, der den durchschnittlichen täglichen Haushaltsstromverbrauch speichern kann, haben Sie das beste Kosten-Nutzen-Verhältnis. Größere Speicher senken den Netzbezug nur noch marginal.

Welchen Stromspeicher soll ich wählen?

Egal welche Speichertechnologie Sie wählen: Ein Stromspeicher amortisiert sich nach durchschnittlich etwa 15 Jahren. Ihr Akku sollte also eine lange Lebensdauer haben.

Blei-Akkus

  • Bewährung: seit Jahrzehnten erprobt

  • Preis: sehr günstig

  • Effektivität: geringer als bei Lithium-Ionen- oder Natrium-Ionen-Batterien

  • Lebensdauer: rund 3.000 Ladezyklen, vergleichsweise kurz

  • Umwelt: toxische Materialien

  • Sicherheit: Brand- oder Explosionsgefahr

Lithium-Ionen-Batterien

  • Bewährung: meistverwendete Speicher

  • Preis: deutlich teurer als Blei-Batterien, Preis fallend, Gefahr der Rohstoffknappheit (Lithium, Kobalt)

  • Effektivität: sehr hoch, Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent, gute Tiefenentladung

  • Lebensdauer: rund 7.000 Ladezyklen, langlebig

  • Umwelt: reizende, ätzende und giftige gasförmige Stoffe

  • Sicherheit: Brandgefahr

Natrium-Ionen-Batterien (Salzwasserbatterien) 

  • Bewährung: junge Technologie, großer Raumbedarf 

  • Preis: günstig

  • Effektivität: sehr hoch, Tiefenentladung bis 100 Prozent

  • Lebensdauer: langlebig

  • Umwelt: ungiftige, häufig vorkommende Materialien

  • Sicherheit: nicht brennbar oder explosiv, problemlose Lagerung, keine gesonderten Bauvorschriften

E-Auto

Wer eine eigene Wallbox am Haus hat, kann sein Elektromobil als rollenden Akku verwenden: Statt ins Netz laden Sie den überschüssigen Strom in den Auto-Akku und verfahren ihn bei nächster Gelegenheit.