Wärmepumpe mit Photovoltaik kombinieren

Sinnvolle Kombination: Wärmepumpe und Photovoltaik

Inhalt

• Die Wärmepumpe im Kurzporträt
  • Heizkosten einer Wärmepumpe
• Die Photovoltaikanlage
• Rechnet sich eine Wärmepumpe mit Photovoltaik?

Für die Umwelt ist die Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaik zweifellos ein Gewinn: die Wärme der Wärmepumpe stammt aus der Umgebungswärme - Luft, Boden oder Wasser. Wenn der Betriebsstrom für die Wärmepumpe dann auch noch von der Sonnenenergie stammt, ist die CO2-Bilanz dieser Kombination hervorragend.

Aber die Kosten für diese Installationen müssen wieder hereingespielt werden. Rechnet es sich, Wärmepumpe und Photovoltaik gleichzeitig zu betreiben?

Grafik: © costazzurra, Adobe Stock

Die Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe entzieht ihrer Umwelt Wärme und stellt sie der Raumheizung und der Warmwasserbereitung zur Verfügung. Die Wärmequellen sind vielseitig - eine Wärmepumpe kann die Wärme aus der Umgebungsluft, dem Erdboden oder aus Wasser entnehmen. Je nachdem, welche Wärmequelle das Gerät anzapft und in welchem Trägermedium die Wärme landet, bezeichnet man sie dementsprechend als Luftwärmepumpe, Erdwärmepumpe oder Wasserwärmepumpe. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe entnimmt also der Luft Wärme und gibt sie an Wasser ab - also zum Beispiel an das Heizwasser im Pufferspeicher. Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe bezieht ihre Wärme aus dem Erdboden und gibt sie an das Wasser im Heizsystem ab.

Wärmepumpen gewinnen mit einem bestimmten Energieeinsatz ein Vielfaches der aufgewendeten Energie. Richtig geplant punkten sie mit niedrigen Heizkosten und einer guten CO2-Bilanz (vor allem in Kombination mit einer Photovoltaikanlage). Sie sind teurer als eine herkömmliche Gasheizung, werden aber gleichzeitig staatlich über das BEG mit attraktiven Zuschüssen gefördert.

Vor allem im Neubau sind Wärmepumpen beliebt - seit einigen Jahren ist sie die Technik, zu der die meisten Hausbauer greifen:

Aber auch im Altbau gewinnen Wärmepumpen an Boden und sind nach Angaben des Bundesverbandes der deutschen Heizungsindustrie (BDH) seit 2019 auf Platz 2 der meistverbauten Heizungssysteme im Bestand.

Wie viel und ob die Wärmepumpe CO2 einspart, hängt davon ab, wie hoch die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Pumpe ist. Die Jahresarbeitszahl beschreibt, wie effizient eine Wärmepumpe arbeitet. Sie bezeichnet das Verhältnis zwischen der Energie, die die Wärmepumpe zum Betrieb benötigt und der Wärme, die sie dafür bereitstellt. Eine JAZ von 4 bedeutet, dass die Wärmepumpe mit einer Kilowattstunde (kWh) Strom vier Kilowattstunden Wärme bereitstellen kann. Bei einer Immobilie mit einem Heizwärmebedarf von 14.000 kWh im Jahr (kWh/a) müssten einer Wärmepumpe mit einer JAZ von 4,5 also 3.111 kWh Strom zugeführt werden.

Wie hoch die JAZ ist, hängt von einer Vielzahl von Bedingungen ab: welche Wärmequelle die Wärmepumpe anzapft - Wasser-Wasser-Wärmepumpen haben die höchste JAZ, gefolgt von Sole-Wasser- und Luftwärmepumpen (Luft-Wasser-Wärmepumpen sind wiederum besser als Luft-Luft-Wärmepumpen).

Daten: Bosch Thermotechnik

Wie hoch sind die Heizkosten mit einer Wärmepumpe?

Wenn Sie Ihren derzeitigen Wärmebedarf kennen, ist die Berechnung der Heizkosten überschlägig recht einfach: teilen Sie den Wärmebedarf durch die voraussichtliche JAZ und multiplizieren Sie diesen Wert mit dem Strompreis. Bei der oben genannten Immobilie mit einem Wärmebedarf von 14.000 kWh lägen die jährlichen Heizkosten mit einer Erdwärmepumpe ( JAZ 4,5) bei einem Haushaltsstrompreis von 31,89 Cent/kWh also bei 992 Euro.

In Neubauten mit geringerem Wärmebedarf spielt die Wärmepumpen ihre Stärken besser aus. Generell sind Wärmepumpen umso wirtschaftlicher, je moderner das Haus ist: bessere Dämmung, Niedertemperaturheizkörper oder eine Fußbodenheizung sorgen hier für eine deutlich bessere Effizienz.

Mit Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage stellen sich die Heizkosten noch einmal deutlich vorteilhafter dar: sie kann im Schnitt 30-40 Prozent zum Strombedarf der Wärmepumpe beitragen. Mit einem guten Energiemanagement und einem Solarstromspeicher können Sie sogar deutlich mehr als die Hälfte des Strombedarfes einer Wärmepumpe mit Solarenergie decken.

Detailliertere Informationen finden Sie in unserem Artikel zu den Kosten von Wärmepumpen. Welche Fördergelder Sie in Anspruch nehmen können, erfahren Sie im Text zur BEG Förderung.

Damit eine Wärmepumpe im aktuellen Strommix CO2 spart, sollte eine Wärmepumpe laut Verbraucherzentrale mindestens eine JAZ von 3 erreichen. Die Kombination mit einer Photovoltaikanlage verbessert die CO2-Bilanz jedoch noch weiter.

Photovoltaik:

Eine Photovoltaikanlage wandelt die Sonneneinstrahlung in nutzbaren elektrischen Strom um. Die Leistung einer Photovoltaikanlage wird in Kilowatt Peak (kWp) angegeben. Eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 5 kWP kann unter idealen Bedingungen also eine Leistung von 5 Kilowatt abgeben. In Deutschland erzielt man pro kWp im Schnitt einen Ertrag von ungefähr 1.000 Kilowattstunden im Jahr. Das führt unter hiesigen Bedingungen zu einem jährlichen Gesamtertrag von circa 5.000 Kilowattstunden Strom pro Jahr - im Süden etwas mehr, im Norden des Landes etwas weniger.

Kosten einer Photovoltaikanlage: Im Mittel kosten Photovoltaikanlagen derzeit (Stand 2021) 1.300 bis 1.400 Euro pro kWp Leistung. Je größer eine PV-Anlage ausfällt, desto niedriger ist ihr Preis pro kWp. Während eine 3 kWp-Anlage knapp 1.700 Euro pro kWp kostet, fällt bei einer 9 kWp-Anlage nur noch 1.400 Euro pro kWp an. In Einfamilienhäusern sind Anlagengrößen bis zu 10 kWp üblich. Ein kWp Leistung nimmt eine Dachfläche von 7-10 Quadratmetern in Anspruch.

Zusätzlich ist - besonders bei der Kombination der Photovoltaikanlage mit einer Wärmepumpe - ein Solarspeicher anzuraten. Er kostet zusätzlich vor Solarspeicherförderung 1.300 bis 1.600 Euro pro Kilowattstunde Speicherkapazität. Es wird empfohlen, dass die Speicherkapazität der Leistung der PV-Anlage entspricht.

Quelle: solaranlagen-portal.com

Quelle: Speichermonitoring BW, Jahresbericht 2019, Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) RWTH Aachen

Weiterführende Informationen finden Sie in den Artikeln zu den Kosten einer Photovoltaikanlage und Stromspeicher Preisen auf unserem Partnerportal Solaranlagen-Portal.com

Für den Strom eröffnen sich drei Nutzungspfade: Einspeisung, Eigenverbrauch und Speichern für spätere Selbstnutzung. Früher war die <b>Volleinspeisung</b> das rentabelste Betreibermodell. Man hat die Anlage möglichst groß ausgelegt und den kompletten Solarertrag in das Netz eingespeist. Für jede Kilowattstunde gab es eine vergleichsweise hohe Vergütung. Heutzutage ist die Einspeisevergütung jedoch deutlich gesunken und die Volleinspeisung rechnet sich nicht mehr. Das beste Betreibermodell ist deshalb nun der Eigenverbrauch des Solarstroms.

Während man für eine Kilowattstunde Solarstrom derzeit 7,47 Cent erhält (und die Gestehung derzeit zwischen 7-11 Cent kostet - die Volleinspeisung kann bei Neuanlagen also durchaus zum Minusgeschäft werden), spart man beim Eigenverbrauch die Differenz zwischen den Erzeugungskosten und dem Haushaltsstrompreis für die nicht gekaufte Kilowattstunde aus dem Netz. Bei unserem obigen Haushaltsstrompreis von 31,89 Cent/kWh ergäbe sich also eine Einsparung von 31,89 - 9 = 22,89 Cent pro Kilowattstunde. Je mehr Eigenverbrauch in einem Haushalt möglich ist, desto rentabler arbeitet die Photovoltaikanlage. Mit einer Wärmepumpe stünde dann ein zuverlässiger Abnehmer mit hohem und konstantem Bedarf bereit.

Allerdings gibt es bei der Kombination von Wärmepumpe mit Photovoltaik noch ein technisch bedingtes Problem: eine PV-Anlage liefert ihren größten Ertrag hauptsächlich in den Mittagsstunden. Das sind gemeinhin die Zeiten, an denen der Wärmebedarf am geringsten ausfällt.

Um dieses Missverhältnis auszugleichen und damit auch den Eigenverbrauch zu erhöhen, gibt es zwei Möglichkeiten: die Steuereinheit lässt die Wärmepumpe auch dann laufen, wenn kein Wärmebedarf vorliegt. Die so erzeugte überschüssige Wärme landet vorerst im Pufferspeicher der Heizung, bis sie gebraucht wird. Außerdem können Sie mit einem Solarstromspeicher den Solarstrom für später vorhalten - so speichern Sie nicht nur Strom für Zeiten mit höherem Bedarf, sondern vermeiden so auch die Einspeisung des Stroms in das Netz.

Rechnet sich eine Wärmepumpe mit Photovoltaik?

Eine Photovoltaikanlage hat ohne Speicher Stromgestehungskosten von 7-12 Cent pro Kilowattstunde. Mit Stromspeicher liegen diese Kosten zwischen 16-40 Cent pro Kilowattstunde.

Benötigt die Wärmepumpe 3.111 Kilowattstunden im Jahr und die Photovoltaikanlage übernimmt einen Anteil von 30% der Energiebereitstellung, so stellt sich die Rechnung folgendermaßen dar:

• 3.111 Kilowattstunden Bedarf durch Wärmepumpe mit Haushaltsstrom (31 Cent): 3.111 kWh/a * 0,31 Cent/kWh =964 Euro im Jahr
• 3.111 Kilowattstunden Bedarf durch Wärmepumpe mit Wärmepumpentarif (24 Cent): 3.111 kWh/a * 0,24 Cent/kWh =746 Euro im Jahr
• 3.111 Kilowattstunden Bedarf durch Wärmepumpe, davon 1.037 kWh durch PV-Anlage: 2.074 kWh/a * 0,31 Cent/kWh + 1037 kWh/a * 0,09 Cent/kWh (Stromgestehungskosten) =735 Euro im Jahr.

Lohnt sich ein Wärmepumpentarif? Viele Netzbetreiber bieten keine gleichzeitige Nutzung von Wärmepumpentarif & Solarstrom an bzw. entscheiden sich viele Anlagenbetreiber gegen eine solche Kombination, deshalb rechnen wir die PV-Wärmepumpenkombination mit Haushaltsstrom. Der Wärmepumpentarif ist ein wenig günstiger als die PV-Wärmepumpe-Kombination, allerdings entstehen bei einem Wärmepumpentarif zusätzliche Kosten für weitere Zähler und Technik (circa +100 Euro im Jahr). Außerdem darf man die Betrachtung nicht nur auf die Wärmepumpe verengen: die verbleibende Leistung der PV-Anlage betreibt zusätzlich viele weitere Geräte im Haushalt.

Besonders im energieeffizienten Neubau ist eine Wärmepumpe mit Photovoltaik ein perfektes Team. Hier finden Sie anhand einer Baureportage ein Praxisbeispiel, wo eine Wärmepumpe mit einer Photovoltaik-Anlage kombiniert wurde.