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Sektorenkopplung – Was ist das?
Wärmepumpen erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, wenn es um regenerative Alternativen für Heizungen und die Warmwasserbereitung geht. Will man ihren Nutzen noch effizienter machen und bei den Betriebskosten sparen, kann man sie mit einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) kombinieren. Wärmepumpe und Photovoltaik gehen Hand in Hand – sie produzieren umweltfreundliche Energie und bringen zahlreiche Vorteile mit sich.
Doch wie funktioniert eine Wärmepumpe eigentlich? Warum ist die Kombination mit Photovoltaik so sinnvoll? Und mit welchen Kosten muss man rechnen? Wir erklären Ihnen, worauf Sie achten sollten, wenn Sie eine Wärmepumpe mit Photovoltaik betreiben wollen.
Wie funktioniert die Wärmepumpe?
Die Wärmepumpe nutzt für die Energieproduktion Wärme aus der Umwelt. Diese Umweltwärme geht auf das flüssige Kältemittel, das sich im Verdampfer befindet, über. Das Kältemittel nimmt die Energie auf, erwärmt sich und bringt sie in einen gasförmigen Zustand. Durch einen Verdichter wird anschließend der Druck und im gleichen Zuge auch die Temperatur des Dampfes erhöht. Die Folge: Warme Heizungen und warmes Wasser. Für genau diesen Vorgang der Energieproduktion benötigt die Wärmepumpe Strom, denn damit kann sie die Temperatur der Umweltwärme erhöhen.
Im Grunde arbeitet die Wärmepumpe selbst CO2-frei, denn sie ist unabhängig von fossilen Brennstoffen und nutzt regenerative, unbegrenzt verfügbare Wärme aus der Umwelt. Pauschal kann man sagen, dass eine Wärmepumpe je nach Außentemperatur das 2-4-fache, der als Strom hineingesteckten Energie, durch diesen Prozess als Wärme nutzbar macht. Damit trägt sie einen großen Teil zum Klimaschutz bei. Doch es gibt einen Haken: Der elektrische Strom, den sie für ihren Antrieb benötigt, ist nicht zwangsläufig klimaneutral. Somit erhöht sie nicht nur den Stromverbrauch, sondern auch den Strombedarf.
An dieser Stelle kommt über eine Photovoltaikanlage produzierter Solarstrom ins Spiel. Denn mit einer PV-Anlage lässt sich die Wärmepumpe nachhaltig und klimaneutral betreiben.
Wärmepumpe und Photovoltaik kombinieren – sinnvoll?
Wird Energie ausschließlich durch Photovoltaik erzeugt, bleibt die Freisetzung von CO2 vollständig aus. Der durch Sonneneinstrahlung produzierte Strom ist im Vergleich zu Netzstrom sehr günstig und kann direkt für die Wärmepumpe genutzt werden. So senken Sie nicht nur die Kosten des Betriebs der Wärmepumpe selbst und steigern die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage, sondern sorgen auch dafür, dass die gesamte Anlage noch umweltfreundlicher arbeitet.
Mit einem Stromspeicher können Sie den überschüssigen Strom, den die PV-Anlage produziert, „lagern“ und später für den Eigenverbrauch nutzen.
Reicht die von der PV-Anlage erzeugte Energie auch im Winter für den Betrieb der Wärmepumpe aus?
Stromerzeugung mit einer Photovoltaikanlage
Ungefähr von September bis März erzielt eine Photovoltaikanlage gerade mal ca. 30 - 35 % des Jahresertrages. Das liegt u. a. daran, dass die Strahlenleistung der Sonne im Winter generell geringer ist als im Sommer. Zudem sorgen die Witterungsbedingungen in der dunkleren Jahreszeit dafür, dass hauptsächlich diffuse Strahlung auf die PV-Module trifft.
Trotzdem wird auch hier in Deutschland im Herbst und Winter noch ein lohnender PV-Ertrag von ca. 350 - 400 kWh/m² erreicht. Beträgt die Dimensionierung der Anlage 4 kWp (das ist z. B. bei der Installation auf einem gewöhnlichen Wohnhaus der Fall), werden auch im Dezember und Januar noch rund 100 kWh/mt erzeugt.
Stromverbrauch einer Wärmepumpe
Im Winter beträgt der Stromverbrauch einer Wärmepumpe in Neubauten ca. 600 bis 1.000 kWh pro Monat. Vor allem zwischen November und Februar ist die Heizung häufig fast pausenlos in Betrieb. Hinzu kommt, dass die Temperatur der Wärmequelle (Außenluft, Erdreich oder Grundwasser) einer Wärmepumpe dann in der Regel niedriger ist. Der Temperaturhub, der zu bewältigen ist, fällt dementsprechend höher aus. Das fällt gerade bei Luftwärmepumpen deutlich stärker ins Gewicht als bei der Nutzung von Erdwärme.
Der Stromverbrauch einer Wärmepumpe erfolgt im Laufe des Jahres also gegenläufig zur Stromerzeugung einer PV-Anlage. Das heißt, dass im Winter nur ein Teil des Strombedarfs von Wärmepumpen mit PV-Strom abgedeckt werden kann. Mit einem Stromspeicher kann man dem nur bedingt entgegenwirken. Zwar kann der am Tag erzeugte PV-Strom für die nächtliche Nutzung gespeichert werden, doch bei den üblichen Stromspeichergrößen reicht das für den benötigten Haushaltsstrom nicht für den Betrieb einer Wärmepumpe aus. Eine sinnvolle Lösung ist hier die Wärmespeicherung mittels eines Pufferspeichers, also z. B. eines Stahltanks, der mit Wasser gefüllt ist.
Wie wird die Wärmepumpe mit Photovoltaik betrieben?
Dank eines intelligenten Energiemanagementsystems wird dafür gesorgt, dass die zu Hause erzeugte Energie so effizient wie möglich genutzt und gespeichert wird. An dieses Energiemanagementsystem werden PV-Anlage und Wärmepumpe sowie später auch der Stromspeicher angebunden. Auch Verbraucher, wie Haushaltsgeräte oder ein E-Fahrzeug, werden an das System angeschlossen.
Das Ziel ist es, so wenig Strom wie möglich zusätzlich aus dem Netz zu beziehen und so viel selbstproduzierten Strom wie möglich zu nutzen. Die Steuerung erfolgt entweder automatisch oder per App. So kann geregelt werden, dass die Wärmepumpe beispielsweise nur den Überschussstrom der PV-Anlage nutzen soll.
Will man möglichst viel Nutzen aus der Kopplung von Wärmepumpe und PV-Anlage ziehen, sollte man darauf achten, dass Strom- und Wärmeerzeugung optimal aufeinander abgestimmt sind. Auch die Ausrichtung der PV-Anlage und eine wirksame Dämmung des Hauses sind wichtig.
Wärmepumpe mit Photovoltaik – die Kosten
Die Gesamtkosten für die Anlage setzen sich aus den einzelnen Kosten für Wärmepumpe, PV-Anlage und Stromspeicher zusammen:
- Wärmepumpe: Eine günstige Luft-Wasser-Pumpe kostet etwa 8.000 bis 12.000 € ohne Einbau. Wer sich für eine besonders effiziente Erd- oder Grundwasserwärmepumpe entscheidet, muss mit 20.000 € oder mehr rechnen.
- PV-Anlage: Je nach Leistung kommen 10.000 bis 20.000 € für die Photovoltaikanlage hinzu.
- Stromspeicher: Für ein vollständiges Kombinationssystem benötigt man zudem einen Stromspeicher. Hierfür fallen 6.000 bis 12.000 € zusätzlich an.
Das klingt nach viel Geld, allerdings gibt es eine attraktive staatliche Förderung im Rahmen der Heizungsmodernisierung, mit der sich die Kosten reduzieren lassen. Für Wärmepumpenanlagen erhalten Sie mindestens 25 % (höchstens 60.000 €) der Investitionskosten vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). (Stand: Ende 2022)
Hinzu kommen Mittel zur Förderung von PV-Anlagen. Neben der Einspeisevergütung besteht seit der Einführung der BGE (Bundesförderung für effiziente Gebäude) im Juli 2021 ebenfalls die Möglichkeit einer anteiligen KfW-Förderung für den Erwerb einer PV-Anlage.
Lohnt sich eine Wärmepumpe mit Photovoltaik?
Die Investitionskosten für eine Wärmepumpe mit Photovoltaik sind hoch. Doch wer sich dafür entscheidet, profitiert auch von einigen Vorteilen und kann mit Ersparnissen rechnen:
- Preisstabilität: Die Preise für Gas und Öl steigen immer weiter, doch die Wärmepumpe bezieht den Großteil ihrer Energie aus der Umwelt.
- Unabhängigkeit: Wer Wärmepumpe und Photovoltaik kombiniert, ist unabhängiger von Energieversorgern und deren Preisschwankungen.
- Betriebskosten senken: Energie, die durch die PV-Anlage produziert wird, bietet kostenlosen Strom für die Wärmepumpe. Die Wärmepumpe hingegen erhöht den Energieverbrauch des selbst erzeugten Stroms – eine doppelte Ersparnis.
- Umweltfreundliche Energie: Sie sparen CO2-Emissionen ein und leisten einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz.
Hinzu kommt die bereits angesprochene niedrige Einspeisevergütung: Wer überschüssigen Strom von der PV-Anlage ins Netz einspeist, erhält zurzeit eine Rendite, die sich auf gerade mal 6 bis 9 Cent pro kWh beläuft. Das Beziehen von Hausstrom kostet aktuell ca. 40 Cent pro kWh (Stand Januar 2023). Es lohnt sich also eher, den selbst produzierten Strom der PV-Anlage für den eigenen Betrieb der Wärmepumpe zu nutzen als ihn ins Netz einzuspeisen.
Wie viele Stromzähler brauche ich für die Wärmepumpe und die PV-Anlage?
Wer seine Wärmepumpe teilweise mit selbst erzeugtem Solarstrom betreiben möchte, kann oftmals auch von günstigen Konditionen profitieren, wie z. B. bei Wärmepumpen-Sondertarifen. Dann benötigen Sie allerdings einen zusätzlichen Stromzähler. Mit der sogenannten Kaskadenschaltung wird der Zähler für die Wärmepumpe hinter die anderen Zähler für den Haushaltsstrom und für die PV-Anlage geschaltet.
Fazit: Wärmepumpen und PV-Anlagen – eine sinnvolle Kombination
Wer Wärmepumpe und Photovoltaikanlage kombiniert, tut nicht nur der Umwelt etwas Gutes, sondern fördert auch die Wirtschaftlichkeit seiner PV-Anlage – schließlich wird der Eigenverbrauch durch die Versorgung der Wärmepumpe deutlich erhöht. Zwar sind die Anschaffungskosten hoch, doch mit den verfügbaren Fördermitteln kann man schon einen großen Teil des Betrages abdecken. Auch die langfristige Ersparnis durch die niedrigen Betriebskosten machen die Kombination zu einer attraktiven Alternative für Heizungen und die Warmwasserbereitung (speziell im Sommer 100% kostenlos).