#Studie beweist: Wärmepumpen sind mit PV-Anlagen noch leistungsfähiger

Wer sich für Wärmepumpen und PV-Anlagen interessiert, hat gewiss bereits darüber nachgedacht, beide Technologien für geringere Energiekosten miteinander zu kombinieren. Zahlreiche Hausbesitzer nutzen dieses Prinzip bereits, um ihre gesamten monatlichen Kosten entsprechend zu drücken. Nun hat auch das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) sich dem Potenzial der kombinierten Anlagen gewidmet. Untersucht wurden dabei intelligente, netzfähige Wärmepumpen, die man in Kombination mit einer PV-Anlage und einem Batteriespeicher in Eigenheimen einsetzte. Die Studie kam zu dem Ergebnis, dass sich die Leistung einer Wärmepumpe in bestimmten Szenarien erhöht.

Vorteile intelligenter Wärmepumpen

Intelligente und netzfähige Wärmepumpen bringen viele Vorzüge mit sich. Zum einen können Netzbetreiber sie direkt steuern, sodass man ihre Leistung in Phasen hoher Netzlast drosseln kann. Dafür erhalten Besitzer der steuerbaren Geräte einen Nachlass auf ihren Strompreis, der pauschal oder anteilig pro Kilowattstunde (kWh) ausfallen kann. Die genauen Boni unterscheiden sich dabei je nach Netzbetreiber. Zusätzlich können die smarten Geräte jedoch auch den Eigenverbrauch an Solarstrom steigern, in dem sie sich gezielt zu den Zeiten bedienen, in denen besonders viel Sonnenenergie zur Verfügung steht. Sie können ihren Betrieb daher an die Menge des vorhandenen Solarstroms anpassen. Erste Hersteller bieten dabei auch Modelle an, die zusätzliche Wettervorhersagen berücksichtigen.

Wissenschaftler des Fraunhofer ISE analysierten die Leistung von Photovoltaik-Wärmepumpen-Kombinationen mithilfe von 1-Minuten-Felddaten, die sie in einem 1960 erbauten Einfamilienhaus in Freiburg sammelten. Das Haus selbst ist mit einem Energiebedarf von 84,3 kWh pro Quadratmeter Wohnfläche bereits energiesparend. Sein Bedarf liegt somit unter der 150 kWh Grenze, die eine andere Fraunhofer-Studie als Faustregel für den lohnenden Einsatz von Wärmepumpen ermittelte. Die zu beheizende Wohnfläche des Gebäudes fällt mit 256 Quadratmetern jedoch größer aus als das durchschnittliche Einfamilienhaus in Deutschland.

Leistung der Wärmepumpe steigt mit PV-Anlage

In der Auswertung der Daten wollten die Forscher ermitteln, wie sich die intelligente Steuerung von PV-Anlage und Speicher auf die Leistung der Wärmepumpe auswirkt. Dabei berücksichtigen sie verschiedene Faktoren als Leistungsindikatoren, wie die Eigenverbrauchsquote, den PV-Anteil sowie die saisonale Leistungszahl und Heizkurve der Anlage. Dabei weisen die Wissenschaftler jedoch darauf hin, dass es sinnvoll sein kann, die Leistung der Wärmepumpe lediglich auf den aus dem Netz bezogenen Strom zu bewerten. Grund für diese Annahme ist es, dass zur Verfügung stehender Strom aus der PV-Anlage und dem Stromspeicher für den Hausbesitzer kostenlos verfügbar ist. Eventuelle Anschaffungskosten für die PV-Anlage und Stromspeicher sind in dieser Betrachtung dabei nicht berücksichtigt. Wer sich für seine Wärmepumpe zusätzlich eine PV-Anlage und einen Batteriespeicher kaufen möchte, sollte das bei der Auswahl der passenden Anlage allerdings einberechnen.

Die untersuchte Systemkonfiguration setzte auf eine Erdwärmepumpe, die als Raumheizung und Warmwasserbereitung genutzt wird und eine Leistung von 13,9 Kilowatt aufbringt. Dazu wurde eine 12,3-Kilowatt-PV-Anlage installiert, die mit einem Neigungswinkel von 30 Grad nach Süden ausgerichtet wurde. Ergänzt wurde sie um einen 12-Kilowatt-Wechselrichter sowie einen DC-gekoppelten Stromspeicher, der eine Speicherkapazität von 11,7 Kilowattstunden aufweist. Damit ist die Anlage vergleichsweise groß dimensioniert – und würde hohe Investitionskosten verschlingen. Allein die Erdwärmepumpe könnte schnell über 25.000 Euro kosten, PV-Anlage und Speicher bis zu 36.300 Euro nach aktuellen Marktpreisen. Die realen Investitionskosten für ein solches Setup liegen daher schnell zwischen 50.000 und 60.000 Euro. Summen, die sich nicht jeder Mensch leisten kann, in das System zu investieren. Selbst, wenn man aktuelle Förderprogramme für Wärmepumpen berücksichtigt.

Leistungszahl der Wärmepumpe steigt in besonderen Fällen

Die Analyse zeigte dennoch erfreuliche Werte für das PV-Anlagen-Wärmepumpen-Gesamtsystem. Im Jahresverlauf konnte das kombinierte Energiesystem eine durchschnittliche Eigenverbrauchsquote von 42,9 Prozent erreichen. Die höchsten Werte wurden dabei im Winter erzielt. Die vergleichsweise geringe Strommenge, die dann produziert wird, kann vollständig verbraucht werden. Im Sommer hingegen besteht ein hoher Überschuss an Solarstrom, der selbst von Wärmepumpe und Stromspeicher nicht vollständig genutzt werden kann. Das Komplettsystem würde somit dennoch Strom ins Netz einspeisen. Die Einspeisevergütung könnten Besitzer wiederum zum Ausgleich der Stromkosten mitnutzen, die für den vermehrten Netzbezug im Winter anfallen. Ein Prinzip, das Wärmepumpen-Besitzer bereits heute nutzen, um die gesamten Energiekosten zu reduzieren.

Rund 36 Prozent des Strombedarfs der Wärmepumpe ließen sich laut Wissenschaftlern durch die PV-Anlage mit Stromspeichern decken. „Aufgrund der höheren Temperaturen in der Senke sinkt die Effizienz der Wärmepumpe im Warmwasserbetrieb um 5,7 Prozent und im Raumheizungsbetrieb um 4,0 Prozent“, stellten die Wissenschaftler zusätzlich fest. „Die Ergebnisse zeigten, dass die saisonale Leistungszahl von 4,2 auf 5,2 anstieg, wenn der Solarstrom in die Wärmepumpe eingespeist wurde. Wenn die kombinierte Versorgung der Wärmepumpe durch Photovoltaik und Batteriespeicher berücksichtigt wurde, stieg die Jahresarbeitszahl auf 6,7.“ Ein Wert, der die bereits hohen Jahresarbeitszahlen von Erdwärmepumpen zusätzlich übertrifft. Eine Mahnung sprechen die Forscher dennoch aus. Bei intelligenten Systemen kann es bei höheren Vorlauftemperaturen zu einem negativen Einfluss auf die Effizienz der Wärmepumpe kommen. Das ist nicht weiter verwunderlich, denn je größer die Vorlauftemperatur ausfällt, desto mehr Strom muss die Wärmepumpe verbrauchen, um diese zu erreichen. Gebäude mit Heizsystemen geringerer Vorlauftemperatur haben somit stets einen Effizienzvorteil.