Kombitalente Solaranlage & Wärmepumpe

Wärmepumpen und PhotovoltaikAnlagen gelten als starke Partner. Davon können gerade Wärmepumpen profitieren, weil sie mit Strom aus erneuerbaren Stromquellen noch leistungsfähiger und umweltfreundlicher arbeiten. Wieso sich diese Kombination lohnen kann und was Hausbesitzer vor der Inbetriebnahme beachten müssen, verraten wir Ihnen in diesem Artikel.

Die Energiewende ist in vielen deutschen Haushalten angekommen und macht das fossile Energiesystem zu einem Auslaufmodell. Aufgrund der Klimakrise und der immer stärker steigenden Energiekosten setzen Hausbauer und -besitzer auf erneuerbare Quellen zum Heizen und zur Warmwasseraufbereitung. Wärmepumpen, Solarthermien und Sonnenenergie werden deshalb immer beliebter, obwohl bereits seit der ersten Energiekrise in den 1970er-Jahren die umweltfreundliche Kombination von Wärmepumpe und solar für warme Wohnräume sorgen. Die Nutzung der Sonnenwärme allein über Kollektoren hat sich dank des technischen Fortschrittes weiterentwickelt. In den letzten Jahren kamen solare Wärmepumpen dazu, die gemeinsam energieeffizienter arbeiten. Deshalb sehen sie Befürworter als eine Alternative gegenüber Wärmepumpen als alleinige Heiz- und Warmwasserversorger. Doch haben Sie recht und sind diese Kombialternativen tatsächlich eine umweltfreundliche Lösung zum Heizen?

Umgekehrtes Kühlschrankprinzip
Um zu verstehen, wieso PV-Anlagen als Energieunterstützer zugeschaltet werden, ist es wichtig, zuerst einmal die Funktionsweise von Wärmepumpen zu verstehen. Wärmepumpen arbeiten nach dem umgekehrten Kühlschrankprinzip, das heißt, ein Kühlschrank leitet die Wärme von innen nach außen. Eine Wärmepumpe entzieht der Luft, dem Wasser oder dem Boden Wärme und leitet sie in die Wohnräume. Ein spezielles Kältemittel nimmt die Wärme auf und verdampft sie bei niedrigen Temperaturen. Da dieser Dampf zu kalt ist zum Heizen oder zur Trinkwassererwärmung, muss die Temperatur der verdampften Wärme mithilfe eines Verdichters erwärmt werden. Bei sehr kalten Temperaturen erhöhen sich so schnell die Stromkosten, weil Wärmepumpen bei geringen Quelltemperaturen weniger effizient arbeiten. Deshalb kann es sein, dass Haushalte teilweise oder ganz mit Strom heizen müssen.

Aufgrund dieses hohen Stromverbrauchs entscheiden sich einige Hausbesitzer, erneuerbare Energien als Stromquelle zuzuschalten oder gleich selbst mit einer PV-Anlage für die benötigte Energie zu sorgen. Etwa 30 Prozent des Stroms für eine Wärmepumpe können über die Anlage gedeckt werden. Die Möglichkeiten, die Wärmepumpe zu unterstützen, sehen folgendermaßen aus. Die einfachste Lösung ist eine Brauchwasser- oder Trinkwasserwärmepumpe. Wenn zum Beispiel die Waschmaschine keinen Strom mehr benötigt, lädt diese Pumpe den Wasserspeicher auf und speichert die entstandene Wärme.

Außerdem können PV-Anlagen Solarthermien unterstützen. Und diese Verbindungen eignen sich auch zum Heizen. Hierfür ergänzt die Sonnenenergie andere Stromquellen der Wärmepumpe oder beliefert sie bei Energieüberschuss komplett mit Strom, wodurch die Heizsysteme in Haushalten autark arbeiten können.

Kommunikationsverbindungen schaffen
Damit die Photovoltaikanlage der Wärmepumpe bei Bedarf Energie zuteilen kann, muss eine gute Kommunikation zwischen beiden herrschen. Das gelingt über viele Wege: Zum einen ermöglicht das eine direkt an der Wärmepumpe angebrachte Schnittstelle, ein Wechselrichter oder ein elektronischer Stromzähler. Zum anderen regeln Energie-Management-Systeme die Kommunikation. Für die Erzeugung des Stroms durch PV-Anlagen kommen dafür ausgerüstete Kollektoren zum Einsatz. Diese produzieren die Niedrigtemperaturwärme aus Sonnenstrahlung oder aus Luft-Wärmetauschern. Solange der Energiebedarf allein mit Sonnenenergie gedeckt wird, arbeitet die Wärmepumpe nicht. Enthält der Wärmespeicher aber zu wenig Energie zum Heizen, dann setzt die Wärmepumpe ein und zieht die Niedertemperaturwärme von den Kollektoren. Einige solare Wärmepumpen gewinnen die Energie aus Hybridkollektoren. In ihnen ist ein Lüfter integriert, der den externen Luftwärmetauscher ersetzt und so gerade im Winter den Wärmeertrag um das Vierfache erhöhen kann. Damit die verschiedenen Techniken innerhalb dieser Verbindung das Haus im besten Fall das ganze Jahr über mit Wärme und Warmwasser versorgen, benötigen Hausbesitzer Wärmespeicher.

Speicherlösungen einbauen
Um mit Hybridkollektoren auch im Winter die Heizhauptsaison durchzuhalten, gibt es Eisspeicher. Diese dienen der Luft-Wasser-Wärmepumpe als Stromquelle. Das funktioniert so: Bei wenig Sonnenschein und niedrigen Außentemperaturen zieht die Wärmepumpe aus dem Eisspeicher Niedertemperaturenergie. Dadurch gefriert das Wasser zu Eis. Wird keine Energie benötigt, taut das Eis auf. Gerade zum Heizen in der Nacht bieten sie sich an, da die Wärmepumpe selbst bei Gefriergraden noch leistungsfähig bleibt, vorausgesetzt die Wärmeübertragung vom Eis zur Wärmeträgerflüssigkeit läuft unter sehr geringen Temperaturunterschieden ab. In der Praxis gibt es aber bislang nur wenige Systeme, die die Speicherfunktion übernehmen. Das macht bis heute eine dauerhafte Speicherung der Wärme für mehrere Monate schwierig. Deshalb eignet sich diese Kombination eher als Überbrückungsmöglichkeit für die Zeit, in der die Sonne scheint.

Einige Firmen bieten dafür Speicherlösungen wie Batterie- oder Wärmespeicher an. Für Haushalte empfiehlt sich zum Beispiel der Kombispeicher „Aqua EXPRESSO HF“ von Paradigma, der einen Pufferspeicher und eine Trinkwasserstation enthält und somit gleichzeitig Heizenergie und warmes Wasser bereitstellt. Das Modell lässt sich wie die Kombilösungen der MEP Werke mit thermischen Solaranlagen kombinieren. Die MEP Werke sind unter den Anbietern auch eine gute Anlaufstelle für Speicher. Das Basis-Modell lässt sich erweitern, wodurch sich die Speicherleistung auf 12kWh erhöht. Das ist gerade für größere Anlagen vorteilhaft, um die Wärmepumpe länger mit Strom zu unterstützen. Damit steigern sie nicht nur die Effizienz der solaren Wärmepumpe, sondern senken Ihre Betriebskosten.

Abhängig vom Haus
Inwieweit sich diese Kombination lohnt, hängt maßgeblich vom Haus ab. Besonders in modernen Niedrigenergiehäusern oder energetisch sanierten Gebäuden kann eine solare Wärmepumpe eine Alternative zu fossilen Heizungen sein. Denn, wenn das Gebäude gut gedämmt ist und auch noch mit einer Flächenheizung für wohlige Wärme im inneren sorgt, sinken die Vorlauftemperaturen. Dadurch entsteht ein Temperaturunterschied zwischen der Umweltenergiequelle der Wärmepumpe und der Temperatur des Heizungswassers, welche dann sinkt. Das wiederum steigert die Effizienz der Wärmepumpe maßgeblich. Wenn Sie mit der solaren Wärmepumpe auch Ihr Trinkwasser erwärmen wollen, können Sie für eine bessere Arbeitsweise die Speichertemperatur absenken.

Jahresarbeitszahl kennen
In Bezug auf die Arbeitsweise sollten Sie vor dem Einbau einer solaren Wärmepumpe überprüfen, welche Leistung die Wärmepumpe erbringt. Zwei Kenngrößen sind in diesem Fall wichtig. Einmal die Leistungszahl, auch COP (Coefficient of performance) genannt, sie gibt das Verhältnis zwischen der abgegebenen Heizleistung an das Heizsystem in kW und die aufgenommene elektrische Leistung der Wärmepumpe in kW an. Noch wichtiger als die Leistungszahl ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie sagt aus, wie sich die abgegebene Wärmeenergie in das hauseigene Heizungsnetz oder Warmwassersystem zu der in der gleichen Zeit dafür verbrauchten elektrischen Energie durch die Wärmepumpe erhält. Eine energieeffiziente und ökologisch arbeitende Wärmepumpe erkennen Sie an einer Jahresarbeitszahl die größer als 3,3 ist. Achten Sie aber nicht nur auf die Zahl allein, sondern auch darauf, dass der gesamte Stromverbrauch von allen Geräten wie Pufferspeicher oder Heizstab mitgemessen wird.

Wenn Sie Ihr Haus dämmen und auf leistungsfähige solare Wärmepumpen setzen, können sich die Systeme wirtschaftlich und ökologisch auszahlen. Und das, obwohl die Investition in eine Wärmepumpe im fünfstelligen Bereich liegt. Mit speziellen Förderprogrammen des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) erhalten Sie eine finanzielle Unterstützung zum Beispiel aus dem Basisprogramm oder mit dem Kombinationsbonus etwa noch zusätzlich 500 Euro für eine Wärmepumpen-Solarthermien-Kombination.

Energieberatung nutzen
Bevor Sie sich trotz der vielen Vorteile für ein solares Wärmepumpensystem entscheiden, sollten Sie sich vorab gut informieren und sich auch von einem Energieberater umfassend beraten lassen. Er überprüft Ihren Energieverbrauch und guckt, ob sich Ihr Haus für diese Technik eignet oder nicht. Außerdem informiert er Sie darüber, welche rechtlichen Bedingungen für die Installation in Ihrem Bundesland gelten. Das gilt besonders für die Verwendung von Erdwärme und Grundwasser. Laut Wasserhaushalts- gesetz müssen Hausbesitzer die Geräte bei der zuständigen Wasserbehörde anmelden. PV-Anlagen sind in der Regel nicht genehmigungspflichtig, müssen nur beim zuständigen Verteilernetzbetreiber angemeldet werden. Eine gute Anlaufstelle, um sich von einem Energieexperten zum Einsatz einer Wärmepumpen-PV-Anlagen-Kombination beraten zu lassen ist der „Eignungs-Check Solar“. Diese deutschlandweiten Beratungsangebote finden Sie auf
www.verbraucherzentrale-energieberatung.de.

Bilder: MEP Werke, Zolar, Glen Dimplex